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Orígenes y tipos de mutaciones
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Una mutación se define como cualquier cambio de la secuencia nucleotídica primaria del DNA con independencia de sus consecuencias funcionales. Algunas mutaciones pueden ser letales, mientras que otras son menos deletéreas e incluso algunas confieren una ventaja evolutiva. Las mutaciones pueden ocurrir en la línea germinal (espermatozoides u ovocitos) y pueden transmitirse a la progenie. Por otra parte, también pueden tener lugar durante la embriogénesis o afectar a los tejidos somáticos. Las mutaciones acontecidas durante el desarrollo determinan un mosaicismo, estado donde los tejidos se componen de células con constituciones genéticas distintas. Si la línea germinal es un mosaico, la mutación no siempre se transmite a todos los hijos, con lo que se crea una confusión a la hora de estudiar el modelo de herencia. Las mutaciones somáticas que no afectan a la supervivencia celular se detectan a veces por sus efectos fenotípicos variables en los tejidos (p. ej., lesiones pigmentarias del síndrome de McCune-Albright). Otras mutaciones somáticas se asocian con tumores ya que favorecen el crecimiento celular. Los eventos epigenéticos pueden influir en la expresión génica o facilitar el daño a genes. Con excepción de las repeticiones de tripletes de nucleótidos, que se expanden (véase más adelante en este capítulo), las mutaciones tienden a ser estables.
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Las mutaciones son estructuralmente diversas, pueden afectar a todo el genoma, como sucede en la triploidía (juego adicional de cromosomas), a los cromosomas, cuyo número o estructura se alteran de manera llamativa, o simplemente a un gen (cap. 83e). Las grandes deleciones pueden afectar a la totalidad del gen o sólo a una parte, pero si se eliminan varios genes desembocan incluso en un síndrome de genes contiguos. El entrecruzamiento desigual de dos genes homólogos puede ocasionar mutaciones del gen fusionado, como lo ilustra la ceguera para los colores. Las mutaciones de un solo nucleótido se denominan mutaciones puntuales. Las sustituciones reciben el nombre de transiciones cuando se remplaza una purina por otra (A ↔ G) o una pirimidina por otra (C ↔ T) y de transversiones si cambia una purina por una pirimidina o viceversa. Cuando la variación de la secuencia del DNA tiene lugar en una región codificadora y altera un aminoácido, se denomina mutación de un aminoácido. Los cambios de aminoácidos en distintas regiones de la proteína determinan fenotipos diferentes, dependiendo de las consecuencias funcionales de las mutaciones de sentido erróneo.
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Pueden ocurrir mutaciones en todos los dominios del gen (fig. 82-9). Una mutación puntual que ocurre en la región de codificación ocasiona la sustitución de un aminoácido si hay alteración del codón (fig. 82-10). Las mutaciones puntuales que introducen un codón de paro prematuro ocasionan una proteína truncada. Grandes deleciones pueden afectar una porción del gen o de la totalidad del gen, mientras que deleciones e inserciones pequeñas alteran el marco de lectura si no representan un múltiplo de tres bases. Estas mutaciones de “desplazamiento del marco” ocasionan una alteración completa del extremo carboxilo terminal. Las mutaciones en las secuencias intrónicas o en las uniones exónicas pueden destruir o crear sitios donantes o aceptores de empalmes. También pueden encontrarse mutaciones en secuencias reguladoras de genes, lo que ocasiona disminución o incremento de la transcripción génica.
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Ciertas secuencias de DNA son particularmente susceptibles a la mutagénesis. Los residuos sucesivos de pirimidinas (p. ej., T-T o C-C) están sujetos a la formación de fotoaductos inducidos por la luz ultravioleta. Si estos dímeros de pirimidinas no se reparan por una vía de reparación de escisión de nucleótidos, se introducirán mutaciones después de la síntesis de DNA. El dinucleótido C-G o CpG es también un sitio caliente (hot spot) para un tipo específico de mutación. En este caso, la metilación de la citosina se asocia con incremento de la tasa de desaminación a uracilo, el cual es sustituido con timina. Esta transición de citosina a timina (o de guanina a adenina en la hebra contraria) representa al menos una tercera parte de la mutación puntual asociada con polimorfismos y mutaciones. Además del hecho de que ciertos tipos de mutaciones (citosina a timina o guanina a adenina) sean relativamente comunes, la naturaleza del código genético también ocasiona representación excesiva de ciertas sustituciones de aminoácidos.
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Los polimorfismos son variaciones de secuencia que tienen una frecuencia de al menos 1%. Por lo general no ocasionan un fenotipo perceptible. A menudo consisten de sustituciones de un solo par de bases lo que no altera la secuencia de codificación de proteínas por la naturaleza degenerada del código genético (polimorfismos sinónimos), aunque es posible que algunos pudieran alterar la estabilidad del mRNA, la traducción o la secuencia de aminoácidos (polimorfismos no sinónimos) (fig. 82-10). La detección de variantes de secuencias impone problemas prácticos porque a menudo es poco claro si se crea una mutación con consecuencias funcionales o bien, se crea un polimorfismo benigno. En tal situación, la alteración de la secuencia se describe como una variante de significado incierto (VUS, variant of unknown significance).
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Las mutaciones representan una causa esencial de diversidad genética, pero también de enfermedades. Resulta difícil calcular la frecuencia de las mutaciones en los seres humanos, ya que muchas de ellas son silentes y las pruebas disponibles no siempre bastan para detectar las consecuencias fenotípicas. La tasa de mutaciones varía según los distintos genes pero posiblemente corresponde a alrededor de 10–10/bp por división celular. Las tasas de mutaciones de la línea germinal (a diferencia de las mutaciones somáticas) son relevantes en la transmisión de las enfermedades genéticas. La población de ovocitos se establece muy temprano en el desarrollo, por lo que bastan unas 20 divisiones celulares para completar la ovogénesis; en cambio, la espermatogénesis precisa unas 30 divisiones en el periodo puberal y, a continuación, otras 20 divisiones celulares al año. Por eso, la probabilidad de que aparezcan nuevas mutaciones puntuales de la línea germinal masculina es mucho mayor que de la femenina, donde se observa un incremento de la frecuencia de aneuploidía (cap. 83e). Así, la incidencia de mutaciones puntuales espontáneas de las espermatogonias se incrementa a medida que aumenta la edad paterna (p. ej., acondrodisplasia, síndrome de Marfan, neurofibromatosis). Se calcula que uno de cada 10 espermatozoides porta una mutación deletérea espontánea. Resulta muy fácil conocer la tasa de mutaciones espontáneas de los trastornos autosómicos dominantes y ligados al cromosoma X: corresponde a casi 10−5 a 10−6/locus por generación. Como casi todas las enfermedades monogénicas son bastante raras, las mutaciones espontáneas representan un porcentaje notable de casos. Se trata de un aspecto importante con miras al asesoramiento genético: cabe la posibilidad de transmitir una mutación espontánea a la persona afectada, pero ello no implica necesariamente que los padres corran el riesgo de transmitir la enfermedad a sus demás hijos. Sin embargo, cuando la mutación espontánea tiene lugar en las primeras fases del desarrollo de la línea germinal y determina un mosaicismo gonadal, se establece una excepción a la norma anterior.
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ENTRECRUZAMIENTO DESIGUAL
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De ordinario, el DNA de las células germinales se recombina con suma precisión para mantener los sitios de unión exactos de las secuencias de DNA intercambiadas (fig. 82-6). Sin embargo, el pareamiento incorrecto de secuencias homólogas determina un entrecruzamiento desigual con duplicación de un gen de uno de los cromosomas y deleción en el otro cromosoma. Por ejemplo, un porcentaje relevante de deleciones del gen de la hormona del crecimiento (GH, growth hormone) obedece a un entrecruzamiento desigual (cap. 402). El gen GH forma parte de un amplio grupo de genes que comprende una variante del gen de dicha hormona, así como otros genes estructuralmente relacionados como el de la somatomamotropina coriónica y diversos pseudogenes (parientes homólogos de un gen normal pero carentes de función). Dado que los grupos de genes de este tipo contienen varias secuencias homólogas de DNA dispuestas en tándem son, en especial, propensos a recombinarse y, por consiguiente, a sufrir duplicaciones o deleciones génicas. Por otra parte, la duplicación del gen PMP22 causada por un entrecruzamiento desigual desemboca en un incremento de la dosis génica y en la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth de tipo IA. El entrecruzamiento desigual que provoca una deleción de PMP22 origina una neuropatía diferenciada denominada susceptibilidad hereditaria a la parálisis por presión (cap. 459).
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El hiperaldosteronismo con respuesta a los glucocorticoides (GRA, glucocorticoid-remediable aldosteronism) está provocado por un gen de fusión o reordenamiento de los genes que codifican la aldosterona sintasa (CYP11B2) y la esteroide 11β-hidroxilasa (CYP11B1), que normalmente se ordenan en tándem en el cromosoma 8q. Estos dos genes son idénticos en un 95% y predisponen a la aparición de duplicaciones y deleciones génicas por entrecruzamiento desigual. El producto génico rearreglado contiene las regiones reguladoras de la 11β-hidroxilasa fusionadas con la secuencia codificadora de la aldosterona sintasa. Por consiguiente, esta última enzima se expresa en la zona fasciculada de las glándulas suprarrenales dependiente de la corticotropina (ACTH, adrenocorticotropic hormone), lo que causa una síntesis excesiva de mineralocorticoides e hipertensión (cap. 406).
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La conversión génica hace referencia a un intercambio no recíproco de información genética homóloga. Se ha empleado para explicar cómo una porción interna de un gen es remplazada por un segmento homólogo copiado de otro alelo o locus; estas alteraciones genéticas pueden oscilar entre algunos nucleótidos y varios miles. A causa de la conversión génica, cabe la posibilidad de que los segmentos cortos de DNA de dos cromosomas sean idénticos, aun cuando estas secuencias difieran en los padres. Una consecuencia práctica de este fenómeno consiste en que a veces aparecen sustituciones de nucleótidos durante la conversión génica entre los genes relacionados que a menudo alteran la función del gen. En los estados patológicos, la conversión génica consiste a menudo en un intercambio intergénico de DNA entre un gen y un pseudogén relacionado. Por ejemplo, el gen de la 21-hidroxilasa (CYP21A2) se encuentra junto a un pseudogén no funcional (CYP21A1P). Muchas de las sustituciones nucleotídicas que se encuentran en el gen CYP21A2 de los pacientes con hiperplasia suprarrenal congénita corresponden a secuencias contenidas en el pseudogén CYP21A1P, lo que indica que la conversión génica constituye una causa de mutagénesis. Asimismo, se ha sugerido que la conversión génica mitótica supone un mecanismo para explicar el mosaicismo revertiente, por el que una mutación heredada se “corrige” en determinadas células. Por ejemplo, los pacientes con epidermólisis vesicular atrófica benigna de carácter generalizado y transmitida de manera autosómica recesiva presentan mutaciones inversas adquiridas de uno de los dos alelos mutados COL17A1, lo que determina la aparición de placas cutáneas sin trascendencia clínica.
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INSERCIONES Y DELECIONES
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Aunque muchos casos de inserciones y deleciones obedecen a un entrecruzamiento desigual, también se han detectado duplicaciones, inversiones o deleciones de secuencias de DNA de carácter intrínseco. El hecho de que determinadas deleciones o inserciones se repitan de manera independiente indica que algunas regiones específicas de la secuencia del DNA predisponen a estos errores. Por ejemplo, parece que ciertas regiones del gen DMD, que codifica a la distrofina, son sitios calientes (hot spots) para deleciones y produce distrofia muscular (cap. 462e). Algunas regiones dentro del genoma humano son sitios calientes para reordenamientos y generan variación en el número de copias (CNV, copy number variations) (véase antes en este capítulo).
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ERRORES DE REPARACIÓN DEL DNA
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Las mutaciones por defectos en la reparación del DNA se acumulan a medida que se dividen las células somáticas, por lo que entrañan un interés especial en el contexto de los trastornos neoplásicos (cap. 102e). Diversos trastornos genéticos que afectan a las enzimas reparadoras del DNA subrayan su importancia. Los enfermos con xerodermia pigmentosa presentan defectos en el reconocimiento del daño del DNA o en la vía de corte y reparación de nucleótidos (cap. 105). La piel expuesta está seca y pigmentada y es en extremo sensible a los efectos mutagénicos de la radiación ultravioleta. Se conocen más de 10 genes distintos que provocan formas diferentes de xerodermia pigmentosa. Este dato coincide con la clasificación previa de esta enfermedad en varios grupos de complementación en el cual la función normal se recupera con la fusión de células derivadas de dos formas distintas de xerodermia pigmentosa.
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La ataxia telangiectásica induce grandes lesiones faciales de carácter telangiectásico, ataxia cerebelosa, defectos inmunitarios e hipersensibilidad a la radiación ionizante (cap. 450). El descubrimiento del gen de la ataxia telangiectasia mutada (ATM, ataxia telangiectasia mutated) ha revelado que es homólogo a los genes que intervienen en la reparación del DNA y en el control de los lugares de comprobación del ciclo celular (checkpoints). Las mutaciones del gen ATM originan defectos en la meiosis y aumentan la sensibilidad a las lesiones provocadas por la radiación ionizante. La anemia de Fanconi también se asocia con un mayor riesgo de múltiples anomalías genéticas adquiridas. Se caracteriza por la presencia de distintas anomalías congénitas y por una fuerte predisposición a sufrir anemia aplásica y leucemia mielógena aguda (cap. 132). Las células de estos pacientes son susceptibles a las roturas cromosómicas causadas por un defecto de la recombinación genética. Se han identificado, al menos, trece grupos de complementación distintos y mapeado o clonado varios loci y genes relacionados con la anemia de Fanconi. El HNPCC (síndrome de Lynch) se caracteriza por la transmisión autosómica dominante de cáncer de colon, que aparece antes de los 50 años; predisposición a lesiones en la zona proximal del colon y cánceres asociados como el del cuello uterino y del ovario. El HNPCC es causado principalmente por mutaciones en uno de diferentes genes de reparación de errores de mal apareamiento (MMR, mismatch repair), incluyendo el homólogo MutS (MSH2), el homólogo MutL 1 y 6 (MLH1, MLH6), MSH6, PMS1 y PMS2 (cap. 110). Estas proteínas participan en la detección de errores de pareamiento de nucleótidos y en la identificación de repeticiones de trinucleótidos con cadenas deslizantes. Las mutaciones de línea germinal en los genes en cuestión causan inestabilidad de microsatélites y una tasa alta de mutaciones en el cáncer de colon. En la actualidad se están practicando pruebas genéticas de detección a las familias consideradas de riesgo (cap. 84). La detección del HNPCC permite efectuar un cribado precoz con colonoscopia e implantar estrategias preventivas basadas en la utilización de antiinflamatorios no esteroideos.
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SECUENCIAS INESTABLES DE DNA
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Las repeticiones de trinucleótidos a veces resultan inestables y se expanden superando un número crítico. Por lo que se refiere al mecanismo, se piensa que la expansión obedece a una recombinación desigual y a un error de apareamiento por deslizamiento de una de las hebras. La premutación supone un pequeño incremento del número de copias de trinucleótidos. En las generaciones posteriores la longitud de la repetición expandida se incrementa aún más y da lugar a un fenotipo cada vez más grave, proceso denominado mutación dinámica (véase el comentario dedicado a la anticipación). En un primer momento, se observó que la expansión de los trinucleótidos producía el síndrome del cromosoma X frágil, causa muy común de discapacidad intelectual. Otros trastornos con un mecanismo similar comprenden la enfermedad de Huntington (cap. 448), la atrofia muscular espinobulbar ligada al cromosoma X (cap. 452) y la distrofia miotónica (cap. 462e). Las células malignas se caracterizan además por cierta inestabilidad genética, lo que indica un fallo de los mecanismos que regulan la reparación del DNA y el ciclo celular.
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Consecuencias funcionales de las mutaciones
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Las mutaciones se pueden clasificar, atendiendo a su función, en dos amplios grupos: mutaciones con ganancia de función y mutaciones con pérdida de función. Las primeras suelen ser de carácter dominante, es decir, inducen alteraciones fenotípicas cuando sólo está afectado un alelo. Las mutaciones inactivadoras tienen normalmente carácter recesivo y el sujeto afectado es homocigoto o heterocigoto compuesto (porta dos alelos mutantes distintos del mismo gen) para las mutaciones causantes de enfermedad. Otras veces, la mutación de un solo alelo desemboca en haploinsuficiencia, estado donde un alelo normal no basta para determinar un fenotipo normal. La haploinsuficiencia es un mecanismo que se observa a menudo en enfermedades asociadas con mutaciones en los factores de transcripción (cuadro 82-2). Es muy interesante que los cuadros clínicos de dos sujetos que presenten una mutación idéntica en un factor de transcripción suelen variar notablemente. Un mecanismo que explicaría esa variabilidad es la influencia de genes modificadores. La haploinsuficiencia también afecta a la expresión de enzimas “cineticolimitantes”. Por ejemplo, dicha insuficiencia de enzimas que participan en la síntesis del grupo hemo origina porfirias (cap. 430).
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El incremento de la dosis de un producto génico también puede provocar enfermedades, como lo demuestra la duplicación del gen DAX1 en la reversión sexual sensible a dosis (cap. 410). La mutación de un solo alelo también resulta en pérdida de la función, debido a un efecto dominante negativo. En este caso, el alelo mutado afecta a la función del producto génico normal por uno de estos mecanismos: 1) la proteína mutante puede interferir con la función de un complejo proteínico multimérico, como sucede, por ejemplo, en las mutaciones de los genes de la colágena de tipo 1 (COL1A1, COL1A2) de la osteogénesis imperfecta (cap. 427); 2) la proteína mutante puede ocupar los sitios de unión de las proteínas o de los elementos de respuesta al promotor, como lo ilustra la resistencia a la hormona tiroidea, trastorno donde el receptor β inactivado de la hormona tiroidea se une a los genes blanco y actúa como antagonista de los receptores normales (cap. 405), o 3) a veces la proteína mutante resulta citotóxica, como ocurre en el déficit de antitripsina α1 (cap. 314) o en la diabetes insípida neurohipofisaria de carácter autosómico dominante (cap. 404), enfermedad donde las proteínas con plegamientos anómalos quedan atrapadas en el retículo endoplásmico y, en última instancia, lesionan la célula.
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ALELOS, GENOTIPOS Y HAPLOTIPOS
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Todo rasgo observado se denomina fenotipo; la información genética que define el fenotipo recibe el nombre de genotipo. Las formas alternativas de un gen o de un marcador genético se llaman alelos. Los alelos pueden ser variantes polimórficas de los ácidos nucleicos que, aparentemente, no afectan a la expresión ni a la función génica. En otros casos, estas variantes ejercen efectos sutiles sobre la expresión génica y confieren ciertas ventajas adaptativas asociadas a la diversidad genética. Por otra parte, las variantes alélicas pueden reflejar mutaciones de un gen que alteran claramente su función. Ejemplos de variantes alélicas de dichos genes, que originan enfermedades, son la mutación común drepanocítica Glu6Val (E6V) en el gen de globina β y la deleción ΔF508 de la fenilalanina (F) en el gen CFTR. Dado que cada persona posee dos copias de cada cromosoma (una heredada de la madre y la otra del padre), sólo puede tener dos alelos en un locus determinado. No obstante, existen muchos alelos diferentes en la población. El alelo normal o común en general se denomina alelo silvestre o natural. Cuando los alelos de un locus determinado son idénticos, la persona es homocigota. Muchos trastornos autosómicos recesivos se caracterizan por la herencia de copias idénticas de un alelo mutante, en especial cuando existe consanguinidad o en poblaciones aisladas. Si los alelos difieren en la copia materna o paterna del gen, la persona es heterocigota en este locus (fig. 82-10). Si un sujeto hereda dos alelos mutantes diferentes en un locus determinado, se dice que es heterocigoto compuesto. Se utiliza el término hemicigoto para describir a los varones que portan una mutación de un gen del cromosoma X o a las mujeres que carecen de un determinado locus en el cromosoma X.
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Los genotipos hacen referencia a los alelos específicos de un locus concreto. Por ejemplo, existen tres alelos comunes (E2, E3, E4) del gen de la apolipoproteína E (APOE). Por tanto, el genotipo de una persona puede ser APOE3/4, APOE4/4 o cualquier otra variante. Estos nombres indican cuáles son los alelos presentes en los dos cromosomas en el gen APOE en el locus 19q13.2. En otros casos, se asignan al genotipo números (p. ej., 1/2) o letras (p. ej., B/b) arbitrarios para distinguir los diferentes alelos.
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Se llama haplotipo a un grupo de alelos que se encuentran unidos en forma estrecha en un locus genómico (fig. 82-4). Los haplotipos sirven para rastrear la transmisión de segmentos genómicos en una familia y para detectar cualquier indicio de recombinación genética si tiene lugar un entrecruzamiento entre los alelos (fig. 82-6). A título de ejemplo, para establecer los haplotipos asociados a determinadas enfermedades se utilizan varios alelos del locus de los antígenos de histocompatibilidad (HLA, histocompatibility locus antigen) situado en el cromosoma 6p. Por ejemplo, la deficiencia de 21-hidroxilasa, la deficiencia del complemento y la hemocromatosis están asociadas con haplotipos HLA específicos. Se sabe en la actualidad que estos genes se encuentran junto al locus del HLA, lo que explica por qué se descubrieron las asociaciones con el HLA aun antes de clonar y localizar los genes que provocan la enfermedad. En otros casos, la asociación del HLA con determinadas enfermedades, como la espondilitis anquilosante (HLA-B27) o la diabetes mellitus tipo 1 (HLA-DR4), refleja el papel de las variantes alélicas específicas del HLA en la susceptibilidad a estas enfermedades autoinmunitarias. La caracterización de haplotipos SNP comunes en numerosas poblaciones de diferentes zonas del mundo, por medio del Proyecto Hap-Map, ha permitido contar con un nuevo instrumento para emplear en estudios de asociación orientados a detectar genes que intervienen en la patogenia de enfermedades complejas (cuadro 82-1). La presencia o ausencia de algunos haplotipos puede adquirir importancia para la selección de tratamientos médicos (farmacogenómica) o para estrategias preventivas.
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La correlación de genotipo-fenotipo describe la asociación de mutaciones específicas y el fenotipo resultante. El fenotipo puede diferir dependiendo de la ubicación o del tipo de mutación en algunos genes. Por ejemplo, en la enfermedad de Von Hippel-Lindau (una enfermedad autosómica dominante multisistémica que incluye carcinoma de células renales, hemangioblastoma y feocromocitoma) entre otros trastornos, el fenotipo varía en gran medida y la identificación de mutaciones específicas puede ser de utilidad clínica a fin de predecir el espectro del fenotipo.
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HETEROGENEIDAD ALÉLICA
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Cabe la posibilidad de que mutaciones diferentes en el mismo locus genético originen un fenotipo idéntico o similar; se trata de la denominada heterogeneidad alélica. Por ejemplo, existen muchas mutaciones diferentes del locus de la globina β que inducen talasemia β (cuadro 82-3; fig. 82-9). En esencia, la heterogeneidad alélica indica que muchas mutaciones distintas pueden alterar la estructura y la función proteínicas. Por esta razón, los mapas de las mutaciones génicas inactivadoras muestran a menudo una distribución casi aleatoria. Existen tres excepciones a esta regla: 1) el efecto fundador, donde una mutación particular que no afecta la capacidad reproductiva puede ser rastreada hasta un solo individuo; 2) “sitios calientes (hot spots)” de las mutaciones; la naturaleza de la secuencia del DNA predispone a una mutación recurrente, y 3) localización de las mutaciones en ciertos dominios especialmente críticos para la función proteínica. La heterogeneidad alélica supone un problema práctico para los análisis genéticos, ya que suele ser preciso examinar todo el locus para averiguar si existen mutaciones, debido a que éstas varían con el paciente. Por ejemplo, en la actualidad se conocen 1 963 mutaciones reportadas del gen CFTR (fig. 82-3). En el comienzo, el análisis mutacional se orientó a un conjunto de mutaciones en particular frecuentes (que a menudo tomaban en consideración los antepasados étnicos del paciente), pero un resultado negativo no descarta la presencia de una mutación en otros sitios del gen. El médico debe estar consciente de que los análisis mutacionales por lo común se orientan a la región codificadora de un gen, sin tomar en consideración las regiones reguladoras e intrónicas. Las mutaciones patógenas pueden estar fuera de las regiones codificadoras y, por tanto, se deben interpretar con cautela los resultados negativos. El advenimiento de tecnologías de secuenciación más amplias facilita en gran medida el análisis mutacional concomitante de varios genes después del enriquecimiento dirigido o incluso del análisis de mutaciones de la totalidad del exoma o del genoma. Sin embargo, las técnicas de secuenciación amplias pueden ocasionar dificultades diagnósticas significativas porque la detección de la alteración de una secuencia sola no siempre es suficiente para establecer su participación en la enfermedad.
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HETEROGENEIDAD FENOTÍPICA
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Se dice que hay heterogeneidad fenotípica cuando más de un fenotipo es ocasionado por mutaciones alélicas (p. ej. diferentes mutaciones en el mismo gen) (cuadro 82-3). Por ejemplo, las laminopatías son enfermedades monogénicas que afectan a múltiples órganos y que son consecuencia de mutaciones en el LMNA que codifica las láminas nucleares A y C. Se sabe que 12 enfermedades autosómicas dominantes y cuatro autosómicas recesivas son causadas por mutaciones en el gen LMNA; incluyen algunas formas de lipodistrofias, la distrofia muscular de Emery-Dreifuss, síndromes de progeria, una forma de la enfermedad neuronal de Charcot-Marie-Tooth (tipo 2B1) y un grupo de síndromes con elementos comunes (de traslape o solapamiento). Como aspecto notable, los análisis de conjuntos jerárquicos han señalado que los fenotipos varían con base en la posición de la mutación (correlación genotipo-fenotipo). De la misma forma, dos mutaciones idénticas del gen FGFR2 provocan, en ocasiones, fenotipos muy distintos: el síndrome de Crouzon (sinostosis craneofacial) o el síndrome de Pfeiffer (acrocefalopolisindactilia).
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HETEROGENEIDAD NO ALÉLICA O DE LOCUS Y FENOCOPIAS
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La heterogeneidad no alélica o de locus hace referencia a una situación donde surge un fenotipo similar por efecto de mutaciones de distintos loci genéticos (cuadro 82-3). Esto sucede a menudo cuando más de un producto génico sintetiza distintas subunidades de un complejo con el que interacciona o cuando diferentes genes intervienen en la misma cascada genética o en la misma vía fisiológica. Por ejemplo, la osteogénesis imperfecta puede obedecer a mutaciones de dos genes distintos de procolágena (COL1A1 o COL1A2), situados en cromosomas diferentes y al menos otros ocho genes (cap. 427). Los efectos de las mutaciones inactivadoras de estos dos genes son similares, ya que los productos proteínicos están formados por distintas subunidades de la fibra de colágena helicoidal. Asimismo, algunos síndromes de distrofia muscular tienen su origen en mutaciones de diversos genes, lo que coincide con su posibilidad de transmisión con un patrón ligado al cromosoma X (distrofia de Duchenne o Becker), autosómico dominante (distrofia muscular de miembros y cintura de tipo 1) o autosómico recesivo (distrofia muscular de miembros y cintura de tipo 2) (cap. 462e). La causa más común de distrofia muscular consiste en mutaciones del gen DMD ligado al cromosoma X, que codifica la distrofina. Este rasgo refleja el gran tamaño del gen, así como el hecho de que el fenotipo se exprese en los varones hemicigotos porque sólo poseen una copia del cromosoma X. La distrofina forma parte de un amplio grupo de proteínas que conforman el citoesqueleto asociado a la membrana en el músculo. Las mutaciones de algunos componentes de este complejo proteínico también provocan síndromes de distrofia muscular. Aunque los rasgos fenotípicos de algunos de estos trastornos están muy diferenciados, el espectro fenotípico provocado por las mutaciones de los distintos genes se solapa, dando lugar a una heterogeneidad no alélica. Cabe destacar que las mutaciones de la distrofina también inducen heterogeneidad alélica. Por ejemplo, las mutaciones del gen DMD determinan la aparición de la distrofia muscular de Duchenne o de la distrofia muscular de Becker, de gravedad menor, dependiendo de la gravedad del defecto proteínico.
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Es importante reconocer la presencia de la heterogeneidad no alélica por diversas razones: 1) la posibilidad de identificar los loci determinantes de la enfermedad en los estudios de ligamiento se reduce si se incluyen pacientes con fenotipos similares, pero trastornos genéticos distintos; 2) el análisis genético resulta más complicado, puesto que se necesita considerar varios genes diferentes junto con la posibilidad de que existan mutaciones diferentes en cada uno de los genes elegibles, y 3) se están obteniendo nuevos datos acerca de las formas de interacción entre los genes o las proteínas que arrojarán mucha más luz sobre la fisiología molecular.
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Las fenocopias hacen referencia a las circunstancias en las que una enfermedad no genética simula un trastorno genético. Por ejemplo, las características de los síndromes neurológicos inducidos por toxinas, o por fármacos, se asemejan a las apreciadas en la enfermedad de Huntington, mientras que las causas vasculares de la demencia comparten rasgos fenotípicos con las formas familiares de la demencia de Alzheimer (cap. 448). Como sucede en la heterogeneidad no alélica, la presencia de fenocopias tiene el potencial de confundir los estudios de ligamiento y los análisis genéticos. Los antecedentes personales de los enfermos y ciertas diferencias muy sutiles en el fenotipo aportan, a menudo, la clave para distinguir estos trastornos de otras condiciones genéticas relacionadas.
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EXPRESIVIDAD VARIABLE Y PENETRANCIA INCOMPLETA
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Una misma mutación genética puede estar asociada con un espectro fenotípico en diferentes individuos afectados, lo que ilustra el fenómeno denominado expresividad variable. Puede tratarse de distintas manifestaciones de un desorden que afecta a diferentes órganos (p. ej., neoplasia endocrina múltiple [multiple endocrine neoplasia, MEN]), de la gravedad del trastorno (p. ej., fibrosis quística) o de la edad de inicio de la enfermedad (p. ej., demencia de Alzheimer). La MEN-1 ilustra algunas de estas características. En este síndrome tumoral autosómico dominante, los individuos afectados portan una mutación inactivadora de línea germinativa que se hereda en una forma autosómica dominante. Después de la inactivación somática del alelo alterno, pueden desarrollarse tumores de la glándula paratiroides, páncreas endocrino e hipófisis (cap. 408). No obstante, el patrón de los tumores de las distintas glándulas, la edad a la que aparecen y los tipos de hormonas producidas varían entre las personas afectadas, incluso dentro de una misma familia. En este ejemplo, la variabilidad fenotípica obedece, en parte, a la necesidad de que se produzca una segunda mutación en la copia normal del gen MEN1 y, en parte, al amplio abanico de tipos celulares distintos que son susceptibles a los efectos de las mutaciones del gen MEN1. En parte, la expresión variable refleja la influencia de genes modificadores o del trasfondo genético sobre los efectos de una mutación concreta. En ocasiones se observa una expresión variable de una enfermedad genética incluso entre gemelos idénticos, que presentan la misma constitución genética.
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Las interacciones con el ambiente también repercuten en el curso de una enfermedad. Por ejemplo, las manifestaciones y la gravedad de la hemocromatosis dependen de la ingestión de hierro (cap. 428) y la evolución de la fenilcetonuria varía según el consumo dietético de fenilalanina (cap. 434e). Existen otros trastornos metabólicos, como las hiperlipidemias y las porfirias, que también se incluyen en esta categoría. Por tanto, se conocen muchos mecanismos, como los efectos genéticos y las influencias ambientales, que justifican la expresividad variable. Reconocer esta variabilidad reviste una importancia esencial para el asesoramiento genético, ya que no siempre se puede pronosticar la evolución de una enfermedad, aun cuando se conoce la mutación.
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El término penetrancia denota la proporción de individuos con genotipo mutante que expresa el fenotipo. Si lo expresan todos los portadores de una mutación, la penetrancia es completa, en tanto que es incompleta o reducida si algunas personas no tienen las características de ese fenotipo. Los cuadros dominantes de penetrancia incompleta se caracterizan por el salto generacional, de manera que son portadores sanos los que transmiten el gen mutante. Por ejemplo, la miocardiopatía obstructiva hipertrófica (HCM, hypertrophic obstructive cardiomiopathy) causada por mutaciones del gen de proteína C que se une a miosina es un trastorno dominante con manifestaciones clínicas solamente en un subgrupo de sujetos que portan la mutación (cap. 283). Aun así, los individuos que tienen la mutación pero sin manifestaciones de la enfermedad, pueden transmitirla a generaciones siguientes. En muchos trastornos que comienzan después del nacimiento, la proporción de portadores génicos afectados varía con la edad. Por tanto, al describir la penetrancia es necesario especificar la edad. En trastornos como la enfermedad de Huntington o la esclerosis lateral amiotrófica familiar, que aparecen en los últimos estadios de la vida, la tasa de penetrancia está influenciada por la edad a la que se practique la valoración clínica. La impronta también puede modificar la penetrancia de una enfermedad. Por ejemplo, en los pacientes con osteodistrofia hereditaria de Albright las mutaciones de la subunidad Gsα (gen GNAS1) las expresan en clínica sólo los sujetos que heredan la mutación de la madre (cap. 424).
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FENOTIPOS INFLUIDOS POR EL SEXO
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Existen diversas mutaciones que no afectan del mismo modo a los varones y a las mujeres. En algunos casos, este hecho se explica porque el gen reside en los cromosomas sexuales X o Y (trastornos ligados al cromosoma X o al cromosoma Y). Como consecuencia, el fenotipo de los genes mutados y ligados al cromosoma X se expresará totalmente en los varones, pero de forma variable entre las mujeres heterocigotas, dependiendo del grado de inactivación del cromosoma X y de la función del gen. Por ejemplo, casi todas las mujeres heterocigotas portadoras de deficiencia del factor VIII (hemofilia A) están asintomáticas porque generan una cantidad suficiente de factor VIII que evita defectos de la coagulación (cap. 141). En cambio, algunas mujeres heterocigotas para el defecto de depósito de lípidos ligado al cromosoma X, provocado por una deficiencia de la α-galactosidasa A (enfermedad de Fabry), experimentan manifestaciones leves de neuropatía dolorosa, así como otros rasgos de la enfermedad (cap. 432e). Sólo los varones poseen un cromosoma Y, por lo que las mutaciones de genes como SRY, que determina una reversión sexual varón-mujer, o DAZ (deleted in azoospermia), que induce anomalías en la espermatogénesis, afectan exclusivamente a los varones (cap. 410).
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Otras enfermedades se expresan de manera limitada al sexo debido a que la función del producto génico difiere en los varones y en las mujeres. Las mutaciones activadoras del receptor de la hormona luteinizante causan pubertad precoz dominante, sólo en los varones (cap. 411). Este fenotipo se limita al sexo masculino, ya que la activación del receptor induce la síntesis de testosterona en los testículos, mientras que es funcionalmente silente en el ovario inmaduro. Las mutaciones inactivadoras bialélicas del receptor de la hormona foliculoestimulante provocan insuficiencia ovárica primaria en las mujeres porque los folículos no se desarrollan cuando falta la FSH. En cambio, los varones afectados presentan un fenotipo más sutil, dado que se preserva la producción de testosterona (lo que permite la maduración sexual) y la espermatogénesis sufre sólo una alteración parcial (cap. 411). En la hiperplasia suprarrenal congénita, en su mayoría causada por deficiencia de 21-hidroxilasa, existe un defecto en la producción de cortisol, y la estimulación de la glándula suprarrenal por parte de la ACTH incrementa la síntesis de precursores androgénicos (cap. 406). En las niñas, el aumento en las concentraciones de andrógenos ocasiona genitales ambiguos, que se reconocen en el momento del nacimiento. Por lo que se refiere a los niños, el diagnóstico se basa en la presencia de insuficiencia suprarrenal en el momento del nacimiento, ya que el incremento de las concentraciones suprarrenales de andrógenos no altera la diferenciación sexual; también puede diagnosticarse a lo largo de la infancia, por la aparición de pubertad precoz. La hemocromatosis es más frecuente en los varones que en las mujeres, al parecer por las diferencias en el consumo de hierro de la dieta y por las pérdidas asociadas a la menstruación y al embarazo en mujeres (cap. 428).
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Trastornos cromosómicos
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Los trastornos cromosómicos o citogenéticos son causados por aberraciones numéricas o estructurales de los cromosomas. Para una revisión detallada de los trastornos en el número y estructura de los cromosomas, véase el capítulo 83e. Un número anormal de cromosomas son causa frecuente de abortos, trastornos del desarrollo y malformaciones. Los síndromes de genes contiguos (p. ej., grandes deleciones que afectan a varios genes), resultan útiles para identificar la localización de nuevos genes causantes de enfermedades. El tamaño de las deleciones génicas varía en los distintos pacientes, por lo que una comparación sistémica de los fenotipos y de las localizaciones de los puntos de ruptura de las deleciones permite mapear la posición que ocupa un gen concreto dentro de la región genómica crítica.
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Trastornos mendelianos monogénicos
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Las enfermedades monogénicas humanas se denominan a menudo trastornos mendelianos, porque obedecen a los principios de transmisión genética propuestos en los trabajos clásicos de Gregor Mendel. El catálogo OMIM, actualizado continuamente, incluye varios miles de esos trastornos y aporta datos sobre el fenotipo clínico, bases moleculares, variantes alélicas y modelos animales pertinentes (cuadro 82-1). El modo de herencia de un rasgo fenotípico determinado o de una enfermedad se establece mediante un análisis genealógico. Se registran todos los miembros de la familia (estén o no afectados) en una genealogía con ayuda de símbolos normalizados (fig. 82-11). En la figura 82-12 se ilustran los principios de la segregación alélica y de la transmisión de alelos de los padres a los hijos. Un alelo dominante (A) y un alelo recesivo (a) pueden mostrar tres modos de herencia mendeliana: autosómica dominante, autosómica recesiva y ligada al cromosoma X. Aproximadamente 65% de los trastornos monogénicos humanos tiene carácter autosómico dominante, 25% autosómico recesivo y 5% se encuentra ligado al cromosoma X. En la actualidad se cuenta con análisis genéticos para muchos de estos trastornos y desempeñan una función de importancia creciente en la medicina clínica (cap. 84).
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TRASTORNOS AUTOSÓMICOS DOMINANTES
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Los trastornos autosómicos dominantes revisten una importancia especial, ya que basta con la mutación de un solo alelo para provocar este tipo de enfermedades. A diferencia de lo que sucede con los trastornos recesivos, que poseen una patogenia relativamente sencilla por la pérdida de una función génica, los trastornos dominantes disponen de distintos mecanismos, muchos de los cuales son propios de la función de la vía genética correspondiente.
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Por lo que se refiere a los trastornos autosómicos dominantes, resultan afectadas generaciones sucesivas y la enfermedad no aparece en la descendencia de las personas no afectadas. Los varones y las mujeres se afectan con la misma frecuencia ya que el gen defectuoso reside en uno de los 22 autosomas (fig. 82-13A). Las mutaciones autosómicas dominantes alteran uno de los dos alelos de un locus determinado. Los alelos se segregan al azar durante la meiosis, por lo que la probabilidad de que un hijo resulte afectado es del 50%. Uno de los padres de las personas afectadas también lo está, salvo que se trate de una mutación espontánea de la línea germinal. Los hijos con un genotipo normal no transmiten la enfermedad. Las manifestaciones clínicas de los trastornos autosómicos dominantes varían debido a las diferencias de penetrancia o expresividad (véase antes en el presente capítulo). Como consecuencia de estas variaciones, a veces es muy difícil identificar el modelo de herencia.
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No obstante, cabe destacar que algunas personas adquieren un gen mutado del padre o de la madre, pese a no estar afectados. La aparición de mutaciones germinales espontáneas o de novo es más frecuente durante las últimas divisiones celulares de la gametogénesis, lo que explica por qué los hermanos casi nunca se afectan. Como se señaló con anterioridad, las mutaciones germinales espontáneas se dan con mayor frecuencia en padres (no madres) de edad avanzada. Por ejemplo, el promedio de edad de los padres con mutaciones espontáneas de la línea germinal que provocan el síndrome de Marfan es de alrededor de 37 años, mientras que los padres que transmiten por herencia la enfermedad tienen una edad promedio de 30 años.
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TRASTORNOS AUTOSÓMICO RECESIVOS
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En los trastornos recesivos, los alelos mutados causan pérdida completa o parcial de la función. A menudo afectan a enzimas de las vías metabólicas, a receptores o a proteínas de las cascadas de señalización. En las enfermedades autosómicas recesivas, el individuo afectado, que puede ser de cualquier sexo, es homocigoto o heterocigoto compuesto para un defecto monogénico. Salvo algunas excepciones importantes, las enfermedades autosómicas recesivas son raras y a menudo se dan en casos de consanguinidad parental. La frecuencia relativamente alta de algunos trastornos recesivos, como la anemia drepanocítica, la fibrosis quística y la talasemia se explica parcialmente por la ventaja biológica selectiva que representa el estado heterocigótico (véase más adelante en este capítulo). Aunque los portadores heterocigóticos de un alelo defectuoso por lo general son clínicamente normales, pueden presentar diferencias sutiles en el fenotipo que sólo es aparente mediante análisis más precisos o si concurren determinados efectos ambientales. Por ejemplo, en la anemia drepanocítica, los heterocigotos suelen encontrarse asintomáticos; no obstante, también se registran crisis drepanocíticas entre los heterocigotos que sufren deshidratación o disminución de la presión de oxígeno (cap. 127).
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En la mayor parte de los casos, un individuo afectado es la descendencia de padres heterocigotos. En esta situación, existe una posibilidad de 25% de que los hijos presenten un genotipo normal, una probabilidad de 50% de heterocigosidad y un riesgo de 25% de homocigosidad para los alelos recesivos (figs. 82-10, 82-13B). Cuando uno de los padres es heterocigótico no afectado y el otro, homocigótico afectado, la probabilidad de enfermedad para cada hijo aumenta hasta un 50%. En tales casos, el análisis genealógico simula un modo de herencia autosómico dominante (pseudodominancia). A diferencia de lo que ocurre en los trastornos autosómicos dominantes, casi nunca se manifiestan mutaciones espontáneas de los alelos recesivos, ya que suelen desembocar en un estado de portador asintomático.
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TRASTORNOS LIGADOS AL CROMOSOMA X
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Los varones sólo poseen un cromosoma X; por tanto, las hijas siempre heredan el cromosoma X del padre además de uno de los dos cromosomas X de la madre. En cambio, los hijos heredan el cromosoma Y del padre y uno de los cromosomas X maternos. Así, los rasgos característicos de la herencia ligada al cromosoma X consisten en: 1) la ausencia de transmisión de padre a hijo varón y 2) todas las hijas de un varón afectado son portadoras obligadas del alelo mutante (fig. 82-13C). El riesgo de desarrollar la enfermedad derivado de la presencia de un gen mutante en el cromosoma X difiere en ambos sexos. Dado que los varones poseen un solo cromosoma X, son hemicigóticos para el alelo mutante; por ello, presentan más probabilidades de manifestar el fenotipo mutante, con independencia del carácter dominante o recesivo de la mutación. Una mujer puede ser heterocigótica u homocigótica para el alelo mutante que, a su vez, puede ser dominante o recesivo. Los términos dominante ligado al cromosoma X o recesivo ligado al cromosoma X se aplican, por tanto, sólo a la expresión del fenotipo mutante en mujeres; asimismo, la expresión de los genes del cromosoma X depende de la inactivación de este cromosoma (véase más adelante en este capítulo).
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TRASTORNOS LIGADOS AL CROMOSOMA Y
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El cromosoma Y tiene un número relativamente pequeño de genes. Uno de tales genes, el factor determinante de la región sexual en el cromosoma Y (SRY, sex-region determining Y factor), que codifica el factor determinante testicular (TDF, testis-determining factor), es crucial para el desarrollo normal del varón. De manera normal pocas veces hay intercambio de secuencias entre los cromosomas Y y X. La región SRY es adyacente a la región pseudoautosómica, segmento en los cromosomas X y Y con un alto grado de homología. La región SRY a veces es asiento de entrecruzamiento, con la punta distal del cromosoma X durante la meiosis en el varón. Las traslocaciones determinan el nacimiento de mujeres XY cuyo cromosoma Y carece del gen SRY o de varones XX que albergan el gen SRY en uno de los cromosomas X (cap. 410). Las mutaciones puntuales del gen SRY originan a veces un genotipo XY y un fenotipo femenino incompleto. La mayor parte de las mutaciones son espontáneas. Los varones con oligospermia/azoospermia presentan, a menudo, microdeleciones del brazo largo del cromosoma Y que afectan a uno o a varios genes del factor de azoospermia (azoospermia factor, AZF).
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Excepciones a los patrones de herencia simple mendeliana
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DESÓRDENES MITOCONDRIALES
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Se llama herencia mendeliana a la transmisión de genes codificados por DNA contenido en los cromosomas nucleares. Además, cada mitocondria contiene varias copias de un cromosoma pequeño circular (cap. 85e). El DNA mitocondrial (mtDNA) tiene aproximadamente 16.5 kb y codifica los RNA de transferencia y ribosomales, además de 13 proteínas que son componentes de la cadena respiratoria que interviene en la fosforilación oxidativa y en la generación de trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate). El genoma mitocóndrico no se recombina y se hereda por la línea materna, porque el espermatozoide no aporta en grado importante componentes citoplásmicos al cigoto. Una región no codificadora del cromosoma mitocondrial, denominada asa D, es altamente polimórfica. Dicha propiedad, aunada a la ausencia de recombinación de mtDNA, la convierte en un instrumento muy útil para estudios que intentan dilucidar la migración y la evolución humana, y halla uso también en medicina forense en algunas aplicaciones específicas.
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Los trastornos mitocondriales hereditarios se transmiten de manera matrilineal: todos los hijos de una madre afectada heredarán la enfermedad, pero no la transmitirá el padre afectado a su descendencia (fig. 82-13D). Las alteraciones en el mtDNA que afectan a las enzimas necesarias para la fosforilación oxidativa propician la disminución del aporte de ATP, la generación de radicales libres y la inducción de apoptosis. En el ser humano se han identificado algunos trastornos sindrómicos provenientes de mutaciones en el genoma mitocondrial, que afectan tanto a los genes de tRNA como a los genes que codifican proteínas (cap. 85e). El espectro clínico amplio suele incluir (cardio) miopatías y encefalopatías, dada la alta dependencia de estos tejidos de la fosforilación oxidativa. La edad de inicio y la evolución clínica son muy variables, por mecanismos poco comunes de transmisión del mtDNA que se replica de manera independiente del DNA nuclear. En la replicación celular la proporción de mitocondrias naturales y mutantes puede cambiar entre células y tejidos diferentes. La heterogeneidad resultante en la proporción de las mitocondrias con mutación y sin ella se denomina heteroplasmia y es el fenómeno que explica la variabilidad fenotípica característica de las enfermedades de origen mitocondrial.
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Se piensa que las mutaciones somáticas adquiridas en la mitocondria intervienen en algunos trastornos degenerativos que dependen de la edad y que afectan de manera predominante al músculo y a los sistemas nerviosos periférico y central (como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson). Es una tarea difícil definir y corroborar que una alteración de mtDNA sea la causa de un fenotipo clínico, dado el alto grado de polimorfismo en mtDNA y la variabilidad fenotípica que caracteriza a estos trastornos. Algunos fármacos pudieran influir en la mitocondria o en su función. Por ejemplo, la administración de azidotimidina (AZT), un compuesto antirretroviral, causa una miopatía mitocondrial adquirida a través de la depleción del mtDNA muscular.
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Define la presencia de dos o más líneas celulares genéticamente distintas en los tejidos de una persona. Lo causa una mutación que aparece durante el desarrollo embrionario, fetal o extrauterino. La fase del desarrollo durante la que surge la mutación determina la afectación de las células germinales, de las somáticas, o de ambas. El mosaicismo cromosómico es el resultado de la no disyunción en las divisiones mitóticas tempranas del embrión, lo que explica la persistencia de más de una línea celular, como lo ilustran algunas pacientes con el síndrome de Turner (cap. 410). El mosaicismo somático se caracteriza por una distribución en parche de las células somáticas con alteraciones genéticas. El síndrome de McCune-Albright, por ejemplo, es ocasionado por mutaciones activadoras de la subunidad α de la proteína G estimuladora (Gsα, stimulatory G protein α) que aparecen en las primeras fases del desarrollo (cap. 424). El fenotipo clínico varía según la distribución de la mutación en los tejidos; las manifestaciones comprenden quistes ováricos que secretan esteroides sexuales y causan pubertad precoz, displasia fibrosa poliostótica, pigmentación cutánea de color café con leche, adenomas hipofisarios secretores de hormona del crecimiento y nódulos tiroideos hipersecretantes autónomos (cap. 412).
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INACTIVACIÓN DEL CROMOSOMA X, IMPRONTA Y DISOMÍA UNIPARENTAL
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Según los principios mendelianos tradicionales, el origen parental de un gen mutante es irrelevante para la expresión del fenotipo. No obstante, existen ciertas excepciones a esta regla. La inactivación del cromosoma X previene la expresión de la mayor parte de los genes de uno de los dos cromosomas X en cada célula de una mujer. La inactivación génica a través de impronta genómica ocurre en regiones cromosómicas selectas de autosomas y ocasiona la expresión preferencial hereditaria de uno de los alelos de los padres. Esto es de importancia fisiopatológica en desórdenes donde la transmisión de la enfermedad es dependiente del sexo del progenitor transmisor y, por tanto, desempeña una función crítica para la expresión de algunos trastornos genéticos. Dos ejemplos clásicos son el síndrome de Prader-Willi y el síndrome de Angelman (cap. 83e). El primero se caracteriza por disminución de la actividad fetal, obesidad, hipotonía, retraso mental, talla baja e hipogonadismo hipogonadotrópico. Las deleciones de la copia paterna del locus de Prader-Willi situado en el brazo corto del cromosoma 15 causan un síndrome de genes contiguos que abarca copias paternas perdidas de los genes de necdina y SNRPN, entre otros. A diferencia de ellos, las personas con el síndrome de Angelman, caracterizado por retraso mental, convulsiones, ataxia e hipotonía, tienen deleciones que incluyen la copia materna de dicha región en el cromosoma 15. Los dos síndromes comentados también pueden ser consecuencia de disomía uniparental. En ese caso, los síndromes no son causados por deleciones en el cromosoma 15, sino por la herencia de dos cromosomas maternos (síndrome de Prader-Willi) o dos cromosomas paternos (síndrome de Angelman). Por último, la diferenciación de los dos fenotipos puede ser causada por un defecto en la impronta que afecta el restablecimiento de la impronta durante el desarrollo del cigoto (el defecto paterno ocasiona síndrome de Prader-Willi; el defecto materno ocasiona síndrome de Angelman).
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La impronta y el fenómeno relacionado de la exclusión alélica quizá sean más frecuentes de lo que parece, ya que examinar los niveles de expresión de mRNA procedentes de los alelos maternos y paternos en tejidos específicos o en células aisladas resulta complicado. La impronta genómica, o disomía uniparental, interviene en la patogenia de otros trastornos y procesos malignos (cap. 83e). Por ejemplo, la mola hidatidiforme contiene un número normal de cromosomas diploides, aunque todos de origen paterno. En los teratomas ováricos se da la situación contraria con 46 cromosomas de origen materno. La expresión con impronta del gen para el factor II de crecimiento similar a la insulina (insulin-like growth factor II, IGF-II) contribuye a la patogenia del síndrome de Beckwith-Wiedemann (Beckwith-Wiedemann syndrome, BWS) que predispone a la aparición de cáncer (cap. 101e). Estos niños presentan sobrecrecimiento somático con diversas organomegalias y hemihipertrofia y corren mayor riesgo de padecer tumores embrionarios como el tumor de Wilms. De ordinario, sólo la copia del gen IGF-II derivada del padre se encuentra activa, mientras que la copia materna permanece inactiva. La impronta del gen IGF-II está regulada por el gen H19, que codifica un transcrito de RNA que no se traduce en proteína. La interrupción o la ausencia de metilación de H19 culmina con una impronta relajada de IGF-II y de la expresión de ambos alelos. Las alteraciones del epigenoma a través de metilación de DNA con ganancia y pérdida, así como la alteración de las modificaciones de las histonas, desempeñan funciones importantes en la patogenia de los cánceres.
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El cáncer se puede considerar como una enfermedad genética a nivel celular (cap. 101e). Las neoplasias tienen origen monoclonal, lo cual denota que surgieron de una célula precursora única, en que hubo una o varias mutaciones en los genes que controlan su crecimiento (proliferación o apoptosis), su diferenciación o ambas. Esas mutaciones somáticas adquiridas se circunscriben al tumor y sus metástasis y no se detectan en el tejido normal vecino. Las alteraciones moleculares incluyen mutaciones dominantes de ganancia de función en los oncogenes, otras de tipo recesivo con pérdida de función en los genes supresores de tumor y en los que reparan DNA, en la amplificación génica y los reordenamientos cromosómicos. En raras ocasiones basta una sola mutación en algunos genes para convertir en célula maligna a una célula normal. No obstante, en la mayor parte de los tipos de cáncer el desarrollo de un fenotipo maligno necesita de varias alteraciones genéticas para que una célula normal evolucione poco a poco hasta transformarse en cancerosa (fenómeno denominado carcinogénesis multipaso) (caps. 101e y 102e). Los análisis de genoma completo de distintos tipo de cáncer mediante secuenciación profunda, muestran con frecuencia reordenamientos somáticos que ocasionan la fusión de genes y mutaciones en múltiples genes. Los análisis de secuencia amplios proporcionan información adicional sobre la heterogeneidad genética en los cánceres; éstos incluyen heterogeneidad intratumoral en las células de los tumores primarios, heterogeneidad intermetastásica e intrametastásica y diferencias entre los pacientes. Estos análisis apoyan aún más la noción de que el cáncer es un proceso continuo de evolución clonal en el cuadro de rondas sucesivas de selección clonal en el tumor primario y en las lesiones metastásicas que ocasiona diversas alteraciones genéticas y epigenéticas que requieren tratamientos dirigidos (personalizados). La heterogeneidad de las mutaciones en los tumores también puede ocasionar resistencia a los tratamientos dirigidos, porque las células con mutaciones que son resistentes al tratamiento, incluso si son una parte menor de la población tumoral, serán elegidas como las células más sensibles para la destrucción. Muchos de los tumores en seres humanos expresan la telomerasa, enzima formada de una proteína y de un componente de RNA, que agrega repeticiones teloméricas a los extremos de los cromosomas durante la replicación. Este mecanismo impide el acortamiento de los telómeros, que se encuentra asociado con senescencia en células normales y también se vincula con una mayor capacidad de replicación en células cancerosas. Los inhibidores de telomerasa pudieran constituir una nueva estrategia para tratar cánceres avanzados de seres humanos.
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En muchos síndromes neoplásicos hay una predisposición hereditaria a la formación de tumores. En los casos en cuestión, se hereda una mutación de la línea germinal por un mecanismo autosómico dominante que inactiva un alelo de un gen supresor tumoral autosómico. Si por una mutación somática o por silenciamiento epigenético en una célula particular se inactiva el segundo alelo, ello ocasionará la proliferación neoplásica (modelo del doble golpe o two-hit model de Knudson). Por tanto, el alelo defectuoso en la línea germinativa es transmitido de manera dominante, aunque la carcinogénesis es consecuencia de la pérdida bialélica del gen supresor tumoral en un tejido afectado. El ejemplo clásico que ilustra el fenómeno es el retinoblastoma que a veces se produce como una neoplasia esporádica o como neoplasia hereditaria. En el retinoblastoma esporádico, las dos copias del gen de retinoblastoma (RB) quedan inactivadas por dos eventos somáticos. En el retinoblastoma hereditario un alelo RB mutado o deletado es heredado de manera autosómica dominante, mientras que el segundo alelo es inactivado por una mutación somática ulterior. Este modelo del doble golpe es válido en otros síndromes de cánceres hereditarios, como la neoplasia endocrina múltiple de tipo 1 (cap. 408) y la neurofibromatosis de tipo 2 (cap. 118).
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DESÓRDENES POR EXPANSIÓN DE REPETICIONES DE TRINUCLEÓTIDOS
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Existen diversas enfermedades asociadas con un incremento del número de repeticiones de nucleótidos por encima de un umbral determinado (cuadro 82-4). Las repeticiones se localizan a veces en la región codificadora de los genes, como sucede en la enfermedad de Huntington o en la forma ligada al cromosoma X de la atrofia muscular espinobulbar (SBMA, spinal and bulbar muscular atrophy; enfermedad de Kennedy). En otros casos, las repeticiones probablemente alteran las secuencias génicas reguladoras. Si se produce una expansión, el fragmento de DNA se desestabiliza y tiende a expandirse aún más durante la división celular. La longitud de los nucleótidos repetidos con frecuencia se correlaciona con la gravedad de la enfermedad. Cuando la longitud de la repetición se incrementa de una generación a la siguiente, las manifestaciones de la enfermedad se agravan o suceden a una edad más temprana; este fenómeno recibe el nombre de anticipación. Por ejemplo, en la enfermedad de Huntington existe una correlación entre la edad de inicio y la longitud de la expansión del triplete codón (cap. 444e). También se ha documentado la presencia de anticipación en otras enfermedades provocadas por mutaciones dinámicas en repeticiones de trinucleótidos (cuadro 82-4). El número de repeticiones puede variar de manera tejido específica. En la distrofia miotónica, la repetición CTG puede ser 10 veces mayor en el tejido muscular que en los linfocitos (cap. 462e).
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Trastornos genéticos complejos
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La expresión de muchas enfermedades frecuentes como la enfermedad cardiovascular, hipertensión, diabetes, asma, cuadros psiquiátricos y algunos cánceres, depende de una combinación de herencia genética, factores ambientales y modo de vida. Un rasgo se llama poligénico, si múltiples genes contribuyen al fenotipo, o multifactorial si se supone que interactúan múltiples genes con factores ambientales. Los modelos genéticos de estos rasgos complejos deben tomar en consideración la heterogeneidad genética y las interacciones con otros genes y con el ambiente. Los rasgos genéticos complejos pueden estar influidos por genes modificadores no ligados con el gen principal que interviene en la patogenia del rasgo. Este tipo de interacción gen-gen o epistasis interviene de manera importante en los rasgos poligénicos que requieren la presencia simultánea de variaciones en múltiples genes, para originar un fenotipo patológico.
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La diabetes mellitus tipo 2 es un paradigma para estudiar un trastorno multifactorial, porque en su patogenia hay interrelación muy estrecha de factores genéticos, nutricionales y del modo de vida (cuadro 82-5) (cap. 417). La identificación de las variaciones genéticas y de los factores ambientales que predisponen a la aparición de una enfermedad o protegen contra ella, es esencial para predecir el riesgo de la enfermedad, diseñar estrategias preventivas y desarrollar nuevas estratégicas terapéuticas. El estudio de enfermedades monogénicas poco comunes puede aportar datos de algunos de los mecanismos genéticos y moleculares que son importantes en la patogenia de enfermedades complejas. Por ejemplo, la identificación de los genes que causan formas monogénicas de diabetes mellitus neonatal permanente o diabetes de inicio en la madurez, que se definen como genes elegibles en la patogenia de la diabetes mellitus tipo 2 (cuadros 82-2 y 82-5). Los escaneos del genoma han identificado diversos genes y loci que pudieran estar asociados con la susceptibilidad para desarrollar diabetes mellitus en ciertas poblaciones. Los intentos de identificar los genes de susceptibilidad obligan a contar con muestras de tamaño muy grande y los resultados positivos pueden depender de las etnias, criterios de selección y de análisis estadísticos. Los estudios de asociación, que analizan la influencia potencial de los haplotipos SNP y de los SNP (biológicamente funcionales) en un fenotipo particular, proporcionan información nueva sobre los genes que participan en la patogenia de estas enfermedades comunes. Las variantes más grandes [(micro)deleciones, duplicaciones e inversiones] presentes en las poblaciones humanas, también contribuyen a la patogenia de las enfermedades complejas, pero su contribución se comprende poco.
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Estudios de ligamiento y asociación
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Existen dos estrategias principales para mapear genes que ocasionan o incrementan la susceptibilidad para que surja alguna enfermedad en seres humanos: 1) se puede hacer el ligamiento clásico con base a un modelo genético conocido o, si se desconoce tal modelo, estudiando parejas de familiares afectados, o 2) los genes de enfermedad pueden ser mapeados mediante estudios de asociación alélica (cuadro 82-6).
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Este término alude al hecho de que los genes se encuentran físicamente conectados, o ligados, entre sí a lo largo de los cromosomas. Existen dos principios fundamentales para comprender el concepto de ligamiento: 1) cuando dos genes se encuentran cerca en un cromosoma se transmiten por lo general juntos, a menos que un evento de recombinación los separe (fig. 82-6), y 2) la probabilidad de que se produzca un entrecruzamiento, o un evento de recombinación, entre dos genes ligados es proporcional a la distancia que los separa. Así, los genes que se encuentran muy separados son más propensos a experimentar un evento de recombinación que los que se encuentran muy juntos. Es posible utilizar la detección de loci cromosómicos que se segregan con una enfermedad, por ligamiento, para identificar al gen responsable de la enfermedad (clonación posicional) y así predecir la probabilidad de transmitir el gen patógeno, durante el asesoramiento genético.
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Los polimorfismos son esenciales para los estudios de ligamiento porque permiten diferenciar entre los cromosomas de origen materno y los de origen paterno que heredó una persona. Cerca de uno de cada 1 000 pares de bases varía de una persona a otra. A pesar de que tal variación parece pequeña (99.9% idénticas), significa que existen más de tres millones de diferencias de secuencias entre dos personas no emparentadas y que es grande la probabilidad de que las secuencias en tales loci difieran en dos cromosomas homólogos (suele ser >70 a 90%). Entre las variantes de secuencias están el número variable de repeticiones en tándem (VNTR, variable number of tandem repeats), las repeticiones cortas en tándem (STR, short tandem repeats) y SNP. Gran parte de las STR, llamados también marcadores microsatélites polimórficos, consisten en repeticiones de dinucleótidos, trinucleótidos o tetranucleótidos que es posible caracterizar fácilmente mediante PCR. La caracterización de los SNP por medio de micromatrices o cuentas de DNA permite un análisis integral de estudios de variación, ligamiento y asociación genéticos. La variación de secuencias por lo común no tiene consecuencia funcional manifiesta, pero constituye gran parte del fundamento de las variaciones en los rasgos genéticos.
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Para identificar un locus cromosómico que segrega con una enfermedad, es necesario caracterizar marcadores polimórficos de DNA en individuos afectados y no afectados de una o varias genealogías. A continuación, se comprueba si con la enfermedad cosegregan otros alelos marcadores. Los marcadores más próximos al gen de la enfermedad tienen menos probabilidades de recombinarse y, por tanto, reciben una puntuación más alta en los análisis de ligamiento. El ligamiento se expresa como un valor lod (logaritmos de probabilidades) que representa la razón entre la probabilidad de que la enfermedad y los loci marcadores estén ligados más que separados. Se considera que los valores lod de +3 (1 000:1) confirman el ligamiento, mientras que los de –2 prueban su ausencia.
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ASOCIACIÓN ALÉLICA, DESEQUILIBRIO DE LIGAMIENTO Y HAPLOTIPOS
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La asociación alélica es un término que denota una situación en que la frecuencia de un alelo aumenta o disminuye de manera significativa en personas afectadas por una enfermedad particular, en comparación con los testigos. El ligamiento y la asociación difieren en diversos aspectos. El ligamiento génico se demuestra entre familias o entre hermanos. En cambio, en los estudios de asociación se compara una población de personas afectadas con otra población de testigos. Los estudios de asociación se pueden efectuar como estudios de casos y testigos con individuos afectados no relacionados y grupo testigo similar, o como estudios basados en familias que comparan las frecuencias con que los alelos se transmiten o no a los hijos afectados.
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Los estudios de asociación alélica resultan en especial útiles para identificar genes de susceptibilidad a enfermedades complejas. Cuando los alelos de dos loci se presentan en combinación con una frecuencia mayor de la que cabe esperar (según las frecuencias alélicas conocidas y las fracciones de recombinación), se dice que existe un desequilibrio de ligamiento. La demostración de un desequilibrio de ligamiento facilita el mapeo de los genes causantes de enfermedades, ya que indica que los dos loci se encuentran estrechamente ligados.
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La detección de los factores genéticos que contribuyen a la patogenia de enfermedades complejas comunes sigue siendo un gran reto. En muchos casos, son alelos de baja penetrancia (p. ej., variaciones que de manera individual ejercen sólo un efecto sutil en el desarrollo de la enfermedad y que se identifican únicamente con estudios GWAS no sesgados) (Catalog of Published Genome-Wide Association Studies; cuadro 82-1) (fig. 82-14). Muchas variantes se localizan en las secuencias no codificadoras o reguladoras, pero no alteran la estructura de la proteína. El análisis de enfermedades complejas es complicado aún más por diferencias étnicas en la prevalencia de las enfermedades, diferencias en las frecuencias de alelos en genes de susceptibilidad conocida entre diferentes poblaciones; heterogeneidad alélica y de locus; interacciones gen-gen y gen-ambiente y la posibilidad de fenocopias. Los datos generados por el Proyecto HapMap están facilitando bastante los GWAS para la caracterización de enfermedades complejas. Los SNP adyacentes se heredan en bloque, y estos mismos bloques pueden identificarse mediante la genotipificación de SNP marcadores selectos, los llamados etiquetas SNP (Tag SNP), con lo cual disminuyen costo y trabajo (fig. 82-4). La disponibilidad de esta información permite la caracterización de un número limitado de SNP para identificar el conjunto de haplotipos que aparece en un individuo (p. ej., en casos y testigos). Ello, a su vez, permite realizar estudios GWAS, en busca de asociación de algunos haplotipos con algún fenotipo de interés de una enfermedad, etapa esencial para identificar los factores genéticos que contribuyen a enfermedades complejas.
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GENÉTICA DE POBLACIONES
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En la genética de esta índole cambia la orientación de alteraciones en el genoma de una persona al perfil de distribución de diferentes genotipos en la población. En una situación en que existen solamente dos alelos, A y a, la frecuencia de los genotipos será p2 + 2pq + q2 = 1, en que p2 corresponde a la frecuencia de AA, 2pq es la frecuencia de Aa y q2 a aa. Si se conoce la frecuencia de un alelo se puede calcular la del genotipo. Como otra posibilidad, se puede conocer la frecuencia de un alelo si se ha identificado la frecuencia del genotipo.
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Las frecuencias alélicas varían en grupos étnicos y regiones geográficas. Por ejemplo, las mutaciones heterocigóticas en el gen CFTR son relativamente frecuentes en poblaciones de origen europeo, pero son raras en grupos africanos. Las frecuencias de alelos pueden variar porque algunas variantes alélicas les confieren una ventaja selectiva. Por ejemplo, heterocigotos para la mutación drepanocítica, particularmente frecuente en África occidental, son más resistentes a la infección palúdica porque los eritrocitos de los heterocigotos generan un entorno menos favorable para los plasmodios. A pesar de que la homocigosis del gen drepanocítico se acompaña de anemia grave y crisis falciformes (cap. 127), los heterocigotos tienen una mayor probabilidad de sobrevivir, porque en ellos disminuyen la morbilidad y la mortalidad por paludismo; dicho fenómeno ha originado una mayor frecuencia del alelo mutante. Los cuadros recesivos son más prevalentes en poblaciones geográficamente aisladas, porque su trasfondo génico es más restringido.
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ESTUDIO DEL PACIENTE
Trastornos hereditarios
En lo que se refiere al clínico en su práctica diaria, los antecedentes familiares siguen siendo un elemento esencial para identificar la posibilidad de un componente hereditario. Durante el interrogatorio es útil hacer una genealogía detallada de los familiares en primer grado (como padres, hermanos e hijos), porque comparten la mitad de los genes con el paciente. En la figura 82-11 se muestran los símbolos estándar de las genealogías. Los antecedentes familiares deben incluir información sobre las raíces étnicas, edad, estado de salud y muertes (incluir lactantes). En siguiente término, el médico debe explorar si existe el antecedente familiar de la misma enfermedad que el problema actual o algunas similares. Como paso siguiente, investigará los trastornos de aparición frecuente como cánceres, cardiopatías y diabetes mellitus. Ante la posibilidad de expresividad y penetrancia que dependen de la edad, es importante que se haga actualización intermitente de la historia o antecedentes familiares. Si los datos sugieren alguna enfermedad genética, el clínico tendrá que valorar si algunos de los parientes pudieran estar expuestos al peligro de portar o transmitir la enfermedad. En dichas circunstancias es útil confirmar y ampliar los datos de la genealogía basada en información obtenida de algunos miembros de la familia. Tal información es útil como base para la detección de portadores, el asesoramiento genético, la intervención temprana y la prevención de alguna enfermedad en parientes del caso índice (cap. 84).
En casos en que el diagnóstico a nivel molecular pudiera ser importante, el médico debe identificar algún laboratorio adecuado que realice tales estudios. Las pruebas genéticas están disponibles para un número cada vez mayor de enfermedades monogénicas a través de laboratorios comerciales. En el caso de enfermedades poco comunes, la prueba quizá deba ser realizada en un laboratorio de investigación especializado. Es necesario identificar a los laboratorios aprobados que practican estudios de enfermedades hereditarias y actualizarlos continuamente en cuanto a recursos en línea (GeneTests; cuadro 82-1). Si se piensa en la práctica de algún estudio genético se debe señalar al paciente y a su familia las posibles consecuencias de los resultados positivos, incluidas angustias psicológicas y la posibilidad de discriminación. También se informa al paciente o a quienes lo cuidan, del significado de un resultado negativo, de las limitaciones técnicas y de la posibilidad de resultados falsos negativos o no concluyentes. Por tales razones, los estudios genéticos se practican sólo cuando el enfermo dé su consentimiento informado. Las directrices éticas publicadas se ocupan de los aspectos específicos que es necesario considerar cuando se someten a estudios a niños y adolescentes. Las pruebas genéticas por lo común se limitan a situaciones en que los resultados pudieran tener trascendencia en el tratamiento médico.
IDENTIFICACIÓN DEL GEN CAUSANTE DE LA ENFERMEDAD El objetivo de la medicina genómica consiste en mejorar la calidad de la atención médica por medio de análisis genotípicos (análisis del DNA) a fin de identificar la predisposición genética a una enfermedad, seleccionar la farmacoterapia más específica y diseñar un programa de atención médica individualizado basado en el genotipo. El genotipo se puede averiguar analizando las proteínas (p. ej., hemoglobina, apoproteína E), el mRNA o el DNA. No obstante, gracias a los adelantos tecnológicos, los análisis de DNA se han convertido en una prueba de especial utilidad, ya que se pueden aplicar con facilidad.
La prueba del DNA se realiza mediante análisis de las mutaciones o por estudios de ligamiento en individuos en riesgo de un trastorno genético detectado en su familia. Los programas de detección masiva requieren pruebas de gran sensibilidad y especificidad para que sean rentables. Entre los prerrequisitos para que un programa de detección genética resulte eficaz se encuentran los siguientes: el trastorno debe ser potencialmente grave; el estadio presintomático responde a cambios de conducta o de la dieta o a alguna manipulación farmacéutica; la detección no ha de resultar perjudicial ni discriminatoria. La detección de las poblaciones judías en busca de enfermedad neurodegenerativa de Tay-Sachs, transmitida con carácter autosómico recesivo, ha reducido el número de personas afectadas. En cambio, la detección del rasgo o la enfermedad drepanocítica en los estadounidenses de raza negra ha originado problemas inesperados de discriminación por parte de las compañías de seguros y de los empleadores. Los programas de detección masiva entrañan otros posibles problemas. Por ejemplo, la detección de la alteración genética más común de la fibrosis quística, la mutación ΔF508, con una frecuencia cercana a 70% en Europa septentrional, es viable y parece eficaz. No obstante, no se debe olvidar que existe una pronunciada heterogeneidad alélica y que la enfermedad puede estar provocada por >2 000 mutaciones distintas. La búsqueda de estas mutaciones menos comunes incrementaría notablemente el costo del programa de detección, aunque no su eficacia. La secuenciación de la siguiente generación del genoma permitirá un análisis de las mutaciones más completo y con mejor perfil de rentabilidad, después del incremento selectivo de genes elegibles. Por ejemplo, las pruebas que secuencian todos los genes comunes que causan sordera hereditaria, se encuentran comercialmente disponibles. Los programas de detección laboral se basan en la detección de las personas expuestas a un mayor riesgo, por el trabajo que desempeñan (p. ej., relación entre el déficit de antitripsina α1 y la exposición al humo o al polvo). Ha evolucionado la integración de datos genómicos en expedientes electrónicos, lo que podría favorecer una toma de decisiones significativa en el sitio en que se otorga atención médica, por ejemplo, al proporcionar datos clínicos con datos genómicos y algoritmos para tomas de decisiones para la prescripción de fármacos que estarían sujetos a influencias farmacogenéticas.
Análisis de mutaciones El análisis de las secuencias de DNA se utiliza ampliamente como herramienta diagnóstica y ha mejorado en forma notable la exactitud diagnóstica. Se utiliza para determinar la condición de portador y para las pruebas prenatales en los trastornos monogénicos (cap. 84). Se cuenta con múltiples técnicas para detectar las mutaciones, revisadas en versiones previas de este capítulo. De manera general, se puede distinguir entre las que detectan la ausencia o la presencia de una mutación conocida (modo de detección) y las que caracterizan definitivamente las mutaciones. Es posible realizar análisis de grandes alteraciones en el genoma con métodos clásicos como la citogenética, la hibridación in situ con fluorescencia (FISH, fluorescent in situ hybridization) y la transferencia de DNA (Southern blotting) (cap. 83e) y también técnicas nuevas más sensibles en busca de múltiples deleciones o duplicaciones de un solo exón.
Las alteraciones más discretas de la secuencia precisan ante todo la utilización de la PCR, que permite practicar amplificaciones y análisis genéticos con rapidez. Es más, gracias a la PCR es posible llevar a cabo análisis genéticos y de mutaciones con una pequeña cantidad de DNA extraída de los leucocitos o de células aisladas, células bucales o raíces capilares. La secuenciación del DNA se realiza directamente con productos de la PCR o con fragmentos clonados en vectores plasmídicos amplificados en células hospedadoras bacterianas. La secuenciación de todos los exones del genoma o de cromosomas seleccionados o la secuenciación de numerosos genes elegibles en una sola corrida, es ahora posible gracias a las plataformas de secuenciación de siguiente generación.
Gran parte de los métodos diagnósticos tradicionales se basa en un gel. Se están desarrollando con rapidez nuevas tecnologías para el análisis de mutaciones, genotipado, secuenciación a gran escala y perfiles de expresión del mRNA. Las tecnologías basadas en micromatrices de DNA permiten hibridar el DNA o el RNA con cientos de miles de sondas a la vez. Se están empleando micromatrices en la clínica para analizar las mutaciones de diversos genes causantes de enfermedades en seres humanos, así como para identificar variaciones de las secuencias virales o bacterianas. Con los avances en las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento del DNA, ha entrado en el ámbito clínico la secuenciación completa del genoma o del exoma. Aunque la secuenciación amplia de grandes regiones genómicas o de múltiples genes ya es una realidad, el análisis bioinformático subsiguiente, el ensamble de fragmentos de secuencias y la alineación comparativa permanecen como un reto significativo y habitualmente subestimado. El descubrimiento de datos incidentales (o secundarios) que no tienen relación con la indicación para el análisis de secuencia, pero que indican otros trastornos de posible relevancia para la atención del paciente, pueden imponer un dilema ético difícil. Podría ocasionar la detección de enfermedades genéticas susceptibles de acciones médicas, también podría revelar mutaciones nocivas que no pueden ser modificadas, como numerosas variantes de secuencia de importancia desconocida.
En la figura 82-15 se presenta un algoritmo general para el análisis mutacional. Nunca se insistirá demasiado en la importancia de que el fenotipo clínico se muestre en detalle, ya que el médico también debe considerar la posibilidad de heterogeneidad genética y fenocopia. Si el fenotipo sugiere genes elegibles obvios habrá que analizarlos de manera directa. Después de identificar una mutación resulta esencial demostrar que se segrega con el fenotipo. La caracterización funcional de las nuevas mutaciones es una labor intensa y puede requerir de análisis in vitro o del uso de modelos transgénicos para corroborar la importancia de la alteración genética.
En la actualidad es posible, por medio del análisis directo de DNA, el diagnóstico prenatal de innumerables enfermedades de origen genético en situaciones en que existe alto riesgo de que ocurran algunos trastornos. La amniocentesis consiste en la extracción de un pequeño volumen de líquido amniótico, por lo común a las 16 semanas de la gestación. Se recogen células que se envían para el análisis de cariotipo, de FISH y a análisis mutacional de genes seleccionados. Las indicaciones principales del procedimiento son edad materna avanzada (>35 años), anomalías en la prueba de triple marcador en suero (α-fetoproteína, gonadotropina coriónica humana β, proteína plasmática A asociada al embarazo o estriol no conjugado), antecedente familiar de anomalías cromosómicas o un trastorno mendeliano en que sea factible la práctica de pruebas genéticas. El diagnóstico prenatal también se puede realizar mediante la obtención de muestras de vellosidades coriónicas (CVS, chorionic villus sampling), en la que se extrae una cantidad pequeña del corion mediante biopsia transcervical o transabdominal. Los cromosomas y el DNA obtenidos de tales células se envían para la práctica de análisis citogenéticos y mutacionales. La CVS puede realizarse entre la novena y la duodécima semanas de la gestación, es decir, una fecha más temprana que la amniocentesis, lo cual pudiera ser importante si existe la posibilidad de interrumpir la gestación. En etapa ulterior del embarazo, hacia las 18 semanas de gestación, la obtención percutánea de sangre del cordón umbilical (PUBS, percutaneous umbilical blood sampling) permite obtener sangre del feto para cultivo de linfocitos y análisis. En fechas recientes, se ha determinado la totalidad del genoma fetal en la etapa prenatal a partir de células tomadas del plasma de la madre mediante secuenciación profunda y que toma en consideración los haplotipos parentales o bien, al inferirlo con secuencias de DNA obtenidas de muestras de sangre de la madre, del padre y del cordón umbilical. Estos métodos permiten la detección de alelos heredados nocivos y de relevancia clínica de los progenitores, así como mutaciones de novo de la línea germinativa y pueden tener la posibilidad de cambiar el diagnóstico de trastornos genéticos en la etapa prenatal.
En combinación con las técnicas de fertilización in vitro (IVF), es incluso posible realizar diagnósticos genéticos a partir de una sola célula retirada del embrión de cuatro a ocho células o bien, para analizar el primer cuerpo polar a partir de un ovocito. El diagnóstico antes de la concepción evita los abortos terapéuticos pero es costoso y requiere un gran esfuerzo. Debe hacerse énfasis en que descartar trastornos específicos por cualquiera de estos métodos nunca será equivalente a la tranquilidad de tener un niño sano.
Las mutaciones en algunos genes de predisposición al cáncer como BRCA1 y BRCA2 permiten identificar a individuos que están expuestos a un mayor riesgo de mostrar algún tipo de cáncer, lo cual dará pie a intervenciones para disminuir esos riesgos. La detección de mutaciones constituye un método de diagnóstico y pronóstico importante en el caso de las leucemias y los linfomas. También tiene trascendencia demostrar la presencia o ausencia de mutaciones y polimorfismos en el campo de rápida evolución que es la farmacogenómica, incluida la identificación de diferencias en la respuesta a fármacos o a su metabolismo, en función de la dotación genética. Por ejemplo, los fármacos de tiopurina 6-mercaptopurina y la azatioprina son fármacos citotóxicos e inmunodepresores de uso muy frecuente. Son metabolizados por la metiltransferasa de tiopurina (TPMT, thiopurine methyltransferase), enzima con actividad variable que en 10% de las personas de raza blanca se asocia con polimorfismos genéticos y de deficiencia completa en uno de cada 300 individuos. Las personas con actividad intermedia o deficiente de TPMT están en riesgo de mostrar reacciones tóxicas excesivas, incluida una mielosupresión letal. La caracterización de tales polimorfismos permite modificar las dosis de mercaptopurina con base en el genotipo de TPMT. La farmacogenómica permitirá individualizar cada vez más la farmacoterapia, mejorar la eficacia de fármacos, disminuir los efectos adversos y brindar atención farmacéutica con eficacia proporcional al costo (cap. 5).
ASPECTOS ÉTICOS La determinación de asociación de defectos genéticos con enfermedades, datos amplios de genoma de individuos y estudios de variación genética hacen surgir muchos problemas éticos y legales. La información genética en términos generales se considera información delicada que no debe encontrarse fácilmente accesible sin un consentimiento explícito (privacidad genética). El proporcionar información genética puede conllevar el riesgo de posible discriminación por aseguradoras o empleadores. Los componentes científicos del Proyecto del Genoma Humano han sido paralelos con los esfuerzos para examinar las implicaciones éticas, sociales y legales. Un punto de referencia importante consiste en la ley Genetic Information Nondiscrimination Act (GINA), firmada en el año 2008 y que tiene por objeto proteger individuos asintomáticos contra el uso inadecuado de información genética para seguros de salud y empleo. Sin embargo, no protege a los individuos sintomáticos. De acuerdo con la U.S. Patient Protection and Affordable Care Act, vigente a partir del año 2014, se revisará y se prohibirá la exclusión o terminación de los seguros de salud con base en el estado personal de salud. Riesgos potenciales para el mantenimiento de la privacidad genética consisten en el surgimiento de integración de los datos genómicos con el expediente médico electrónico, relación obligatoria de los registros de salud y las pruebas genéticas dirigidas a los consumidores.
Se ha aceptado ampliamente que la identificación de los genes que causan enfermedades puede llevar a mejorías en el diagnóstico, en el tratamiento y la prevención. Sin embargo, la información obtenida de resultados genotípicos puede tener impactos bastante diferentes, dependiendo de la disponibilidad de estrategias para modificar la evolución de la enfermedad (cap. 84). Por ejemplo, la identificación de las mutaciones que causan síndrome MEN2 o hemocromatosis permiten intervenciones específicas para los miembros afectados de la familia. Por otra parte, a la fecha la identificación de los genes de la enfermedad de Alzheimer o de Huntington no altera el tratamiento y los resultados actuales. Es más probable que la mayor parte de los trastornos genéticos se incluyan en una categoría intermedia donde hay oportunidad significativa para la prevención o tratamiento, aunque limitados (cap. 84). Sin embargo, el progreso en esta área es impredecible y resalta por el hecho de que los antagonistas de los receptores de angiotensina II pueden hacer más lenta la progresión de síndrome de Marfan. Los resultados de las pruebas genéticas pueden generar ansiedad en los individuos afectados y en los miembros de la familia. Los análisis de secuencia amplios son particularmente difíciles porque es de esperarse que la mayor parte de los individuos porte varias mutaciones genéticas recesivas graves.
El impacto de las pruebas genéticas en los costos de atención a la salud es poco claro a la fecha. Es probable que varíe entre los trastornos y que dependa de la disponibilidad de modalidades terapéuticas eficaces. Surge un problema significativo de la comercialización de pruebas genéticas directamente al consumidor por las compañías comerciales. La validez de estas pruebas no se ha definido y existen numerosas preocupaciones sobre la falta de regulación apropiada, la precisión y la confidencialidad de la información genética, la disponibilidad de asesoramiento y el manejo de esos resultados.
Muchos aspectos surgidos a partir del proyecto del genoma son comunes en la práctica médica habitual, al menos en principio. Por ejemplo, un paciente asintomático con incremento en las lipoproteínas de baja densidad (colesterol LDL), hipertensión o antecedentes familiares fuertes de infarto miocárdico se sabe que tienen incremento en el riesgo de cardiopatía coronaria. En tales casos, es claro que la identificación de los factores de riesgo y las intervenciones apropiadas son beneficiosas. En la misma forma, los pacientes con fenilcetonuria, fibrosis quística o drepanocitosis a menudo se identifican como portadores de una enfermedad genética en etapas tempranas de la vida. Estos precedentes pueden ser de utilidad para adoptar políticas que se relacionen con la información genética. Es de esperarse que se realicen esfuerzos similares, ya sea basados en los genotipos o en otros marcadores de predisposición genética, que pueden aplicarse a muchos trastornos. Un aspecto de confusión sobre la rápida expansión de la información, es la capacidad de los médicos para tomar decisiones clínicas, quienes a menudo carecen de información inicial sobre los mecanismos genéticos de la enfermedad. Por ejemplo, cuando se describieron los genes que predisponen al cáncer mamario como BRCA1, se generó un notable interés público en la posibilidad de predecir la enfermedad, pero fueron necesarios muchos años de investigación para establecer de manera fiable las correlaciones entre el genotipo y el fenotipo.
La genómica puede contribuir a la mejoría de la salud global al proporcionar una mejor comprensión de los patógenos y del diagnóstico y a través de contribuciones amplias al desarrollo de fármacos. Sin embargo, hay preocupaciones con respecto al desarrollo de “división genómica” por los costos relacionados con el desarrollo y la falta de certeza sobre si estos avances estarán accesibles a la población de los países en vías de desarrollo. La Organización Mundial de la Salud ha resumido los problemas e inequidades actuales alrededor de la medicina genómica en un reporte detallado titulado “Genomics and World Health”.
Ya sea que la información relacionada con el consentimiento informado, la participación en investigaciones o el tratamiento del trastorno genético que afecta a un individuo o a su familia, existe una gran necesidad para mayor información con respecto a los principios fundamentales de la genética. La naturaleza generalizada de esta función de la genética y de la medicina hace importante para los médicos y para otros profesionales de la salud que están más informados sobre genética, para proporcionar asesoramiento junto con asesores genéticos capacitados (cap. 84). La aplicación de estrategias de detección y prevención requerirá educación intensiva del paciente y del médico, cambios en el financiamiento de salud y modificaciones de la legislación para proteger los derechos del paciente.
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