abordaje genÓmico de las enfermedades...
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Instituto Nacional de Medicina Genómica
Dra. Alessandra Carnevale Investigadora en Ciencias Médicas
Instituto Nacional de Medicina Genómica
www.inmegen.gob.mx
ABORDAJE GENÓMICO DE LAS ENFERMEDADES MENDELIANAS
Instituto Nacional de Medicina Genómica
EL PROYECTO DEL GENOMA HUMANO A LOS 12 AÑOS
2013: • Avances espectaculares en la ciencia y en la tecnología • Disminución en los costos • Gran cantidad de datos genéticos • Avances en el conocimiento de la estructura y función del genoma • Avances en el conocimiento de las bases moleculares de las enfermedades
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NUEVAS TECNOLOGÍAS
• Secuenciación masiva de ácidos nucleicos
• Genotipificación masiva de SNPs
• Análisis de expresión génica
• Proteómica • Bioinformática y
acceso a bancos de datos
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SECUENCIACIÓN MASIVA • Lo más relevante: velocidad, precisión, magnitud y
disminución de costo.
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Sorpresas Pocos genes para tantas proteínas…
pero abundante splicing alternativo
1997 Previo al genoma ~100,000
2000 Borrador del genoma humano 30-40,000
2002 Borrador del ratón 25-30,000
2007 Humano final, ratón, rata, perro 21,000
microRNA y lincRNA miles de reguladores y represores
Gran variabilidad estructural del genoma
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Expresión ectópica or heterocronica (raro, excepto en cancer)
Propiedades nuevas
Pérdida de función (gran mayoría)
Ganancia de función
Proteína normal
Expresión inapropiada en tiempo o sitio
Proteína anormal
Variación en DNA
Cantidad disminuida
Cantidad aumentada
Enfermedad
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POLIMORFISMOS MOLECULARES
Variaciones en la secuencia de DNA presentes en al menos el 1% de la población normal
SNPs CNVs
Aprox 99.9%
Gran variabilidad estructural del genoma
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IMPORTANCIA DE LOS POLIMORFISMOS
Ø Participan en la diversidad humana normal, es decir, nos confieren individualidad en: Ø características físicas y
fisiológicas Ø en susceptibilidad o resistencia
a enfermedades Ø en la respuesta a medicamentos
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MEDICINA GENÓMICA Caracterización de genes y de variantes genómicas
Mutaciones responsables
Variantes asociadas a enfermedades complejas
Respuesta a fármacos
Bases biológicas enfermedades
Selección de farmacoterapia
Desarrollo de fármacos
Medicina predictiva, preventiva, personalizada participativa
Tratamiento
Diagnóstico molecular
Susceptibilidad a enfermedades
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COMPONENTE GENÉTICO DE LAS ENFERMEDADES
Contribución de factores ambientales
Contribución de factores genéticos
Etiología
ambiental
Etiología
multifactorial
Etiología Genética
a) monogénica
b) cromosómica
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MONOGENICAS Ø Un solo gen responsable Ø Mutaciones con alta
penetrancia Ø Poca influencia del
ambiente Ø Riesgo de recurrencia es
de acuerdo a forma de herencia
Ø Gran número de enfermedades poco frecuentes
MONOGÉNICAS o MENDELIANAS
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DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES MENDELIANAS
• Manifestaciones clínicas • Exámenes de laboratorio y
gabinete de acuerdo al cuadro clínico
• Estudios bioquímicos para trastornos metabólicos
• Historia familiar
Síndrome de Marfán
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PADECIMIENTOS MENDELIANOS O MONOGÉNICOS
• Autosómicos • Dominantes • Recesivos
• Ligados al X • Recesivos • Dominantes
Herencia autosómica dominante
Herencia autosómica recesiva
Herencia recesiva ligada al X
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ANALISIS DE LIGAMIENTO EN FAMILIAS
AB CD
CD
CD
AD
AD
AD
CC
CC
AC AC AC
AC AC
AC AC
BC
BC
AA
AA
• En los 80s se descubrieron marcadores polimórficos que sirvieron para mapear genes
• E. de Huntington, 1983, • Diez años entre localizar el
gen y clonar el gen e identificar mutación en EH.
• Distrofia muscular de Duchenne, 1987
• Fibrosis quística 1989 Identificar cosegración del marcador y la enfermedad en diferentes familias informativas
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ENFERMEDADES MONOGÉNICAS O MENDELIANAS
Ø Diagnóstico molecular Ø Prenatal Ø Presintomático
Ø Tratamiento Ø Cambio en estilo de
vida Ø Evitar exposiciones
Ø Identificación de portadores en enfermedades recesivas
Ø Conocimiento de fisiopatología
Ø Nuevos tratamientos
La frecuencia de las mutaciones difiere entre las poblaciones
La mayoría de los estudios en población de origen europeo
La población Mexicana es heterogénea y mezcla de europeo , amerindio y africano
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ABORDAJE GENÓMICO EN DESÓRDENES MENDELIANOS
SECUENCIACIÓN DE ÚLTIMA GENERACIÓN • Heterogeneidad genética:
– Diferentes genes responsables del mismo cuadro clínico
• Síndromes muy raros – Pocas familias – Casos esporádicos
Impacto: Genes conocidos ��� antes del PGH: ~70��� ahora: ~3000
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CARDIOMIOPATÍA DILATADA (DMD) • Dilatación y alteración de contracción del
VI o ambos • Es la primera causa de insuficiencia
cardiaca y de trasplante de corazón. • Falla cardiaca, arritmias y muerte súbita • La supervivencia una vez sintomática es
de 80% a 5 años. • 50% idiopática y de estas 20-50% es de
origen genético, o sea familiar • El modo de herencia es AD (90%), AR
(1-2%), RLX (5-10%) y mitocondriales. • Tiene expresividad variable y penetrancia
incompleta dependiente de la edad.
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MUTACIONES • Más de 40 diferentes genes son causales de CMD
Familiar, de los cuales 30 bien caracterizados. • La frecuencia de las mutaciones es baja (6-8% a <1) y
varía entre países. No hay ningún estudio en México.
� Los genes codifican: � Proteínas sarcoméricas (cadena pesada de b-miosina,
troponina cardiaca T, troponina C y troponina I). � Proteínas del músculo cardiaco LIM (CLP), cypher/ZASP
(LBD3) y vinculina (VCL), desmoplaquina (DSP), desmina (DES), teletonina (TCAP), tafazzina (G4.5).
� Proteínas del complejo asociado a distrofina que incluye la d-sarcoglicano (SGCD) y distrofina (DMD).
� Otras: proteínas de la membrana, núcleo, citoesqueleto, unión intercelular y mitocondria.
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SECUENCIACIÓN DE ÚLTIMA GENERACIÓN PARA DIAGNÓSTICO DE CMD
• Diseño de plataforma con los 30 genes conocidos • Captura y enriquecimiento de todos los genes en las muestras a diagnosticar • Secuenciar en equipo de última generación • Identificar mutaciones conocidas
• Variantes no descritas??
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SECUENCIACIÓN DE ÚLTIMA GENERACIÓN PARA DIAGNÓSTICO DE CMD
• Diseño de pipeline para predecir patogenicidad de variantes nuevas y reducir el número
• Análisis de segregación
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SECUENCIACIÓN DE ÚLTIMA GENERACIÓN
Secuenciación de exoma completo • Heterogeneidad genética:
– Búsqueda de nuevos genes responsables de un mismo cuadro clínico
• Síndromes muy raros – Pocas familias – Casos esporádicos
• Técnica posible y costo efectiva
• Se secuencia ~2% del genoma, se simplifica análisis
• Lo más costoso, enrequecimiento del exoma.
• Identificación de variantes causales y genes candidatos
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Secuenciación de exoma completo
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SÍNDROME DE KABUKI Retardo en desarrollo psicomotor y crecimiento posnatal con talla baja (83%) Hipotonía, hiperelasticidad de articulaciones Defectos cardiacos (30%) Facies peculiar, pabellones prominentes Defectos del tracto urinario (50%), Otitis de repetición en la infancia
• En 10 afectados, secuenciación masiva de exoma mostró variantes causales en MLL2.
• Con secuenciación capilar de los exones del gen se encontraron 35 diferentes mutaciones.
• MLL2 participa en regulación de expresión de genes
• Falta de MLL2 altera metilación de histonas y activación de algunos genes lo cual causa anormalidades en desarrollo.
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FIBROSIS QUISTICA 1989 = gen
Más de 1800 mutaciones
La proteína CFTR es canal de cloro
Mutaciones alteran cantidad o función del canal
Secreciones mucosas espesas y viscosas
• Enfermedad pulmonar crónica • Diarrea crónica • Talla y peso < tercera percentila • Cloruros en sudor elevados • Análisis de grasa en heces positiva • Hermanos con mismo cuadro
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FRECUENCIA DE MUTACIONES DEL GEN CFTR EN LA POBLACIÓN MEXICANA
MUTACION No. ALELOS FRECUENCIA AFECTADOS México Mundial % %
ΔF508 79 40.70 67.1 G542X 12 6.10 3.4 ΔI507 5 2.50 0.6 S549N 5 2.50 N1303K 4 2.06 1.8 R75X 3 1.54 406-IG⃗A 3 1.54 I148T 3 1.54 2055de19 2 1.03 935de1A 2 1.03 I506T 2 1.03 3199de16 2 1.03 2183AA ⃗G 2 1.03 Otras mutaciones 21 10.70 Total 34 145 79.34 En la muestra estudiada no se encontró la G551D cuya frecuencia es 1.3%
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IDENTIFICACIÓN DE GEN Y DE MUTACIONES RESPONSABLES
• Diagnóstico molecular • Nuevos tipos de tratamientos:
– Agentes que mejoran el transporte de la proteína mutante deltaF508 a la membrana apical de las células (Curcumina)
– Agentes como PTC124 (Ataluren) que corrige codón STOP en mutaciones tipo I como G542X
– Agentes que aumenten la actividad residual del CFTR en mutaciones tipo III y IV como G551D (Ivacaflor)y A455E
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FENILCETONURIA
• 1:10.000 a 20.000 RN • Autosómica recesiva • Gen en 12q22-q24.1 • >500 mutaciones producen
PKU clásica, moderada y leve • Diagnóstico prenatal y
detección de portadores • En México el INP se secuenció
el gen en 47 pacientes (94 alelos)
• Se encontraron 2 mutaciones nuevas y una (c.60+5G>T) en 10/11 casos de Jalisco con efecto de fundador
• Tratamiento con dieta pobre en fenilalanina
• Y tetrahydrobiopterin, (BH4) en pacientes respondedores
• Pacientes con c.60+5G>T no responden
• Se requiere identificar la mutación
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RIESGOS Y RETOS • Los defectos genéticos son poco frecuentes y el
desarrollo de medicamentos caro • Presiones económicas que ponen en riesgo la transición
de fase experimental a fase de aplicación • Conflicto de intereses entre médicos, pacientes,
gobiernos, industria farmacéutica • Los avances biológicos no beneficien al paciente tan
rápidamente o se creen inequidades para el acceso • Retos:
• Desarrollar nuevos procedimientos diagnósticos y tratamientos efectivos
• Llevarlos al mercado de una manera socialmente sustentable
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RIESGOS • Estigmatización basada en el
genotipo
• Discriminación genética contra:
- una persona - una familia - etnia o población • Paternalismo vs respeto a la
autonomía • Invasión de la privacidad de
los datos genéticos • Inequidad en los servicios
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HALLAZGOS IMPREVISTOS
• Son hallazgos con posible importancia para la salud o la reproducción en un participante en una investigación o en el estudio de una familia y que es descubierto durante el estudio pero que estaba fuera de los objetivos del mismo
• Ejemplo: en microarreglo sugiere variante génica o cromosómica
• an IF on a genomic microarray suggesting a genetic or chromosomal variant of potential clinical importance beyond the variants or genotype- phenotype associations directly under study.
• an IF of misattributed paternity or parentage in a genetic family study.
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FENILCETONURIA INCIDENCIA 1:10.000 a 20.000 recién nacidos HERENCIA Autosómica recesiva ANÁLISIS MOLECULAR Gen en 12q22-q24.1 31 mutaciones que producen la PKU clásica, leve e hiperfenilalaninemia Diagnóstico prenatal y detección de portadores
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GENÉTICA CLÍNICA • Alcance: individual y familiar • Propósitos:
– Diagnóstico – Manejo integral de paciente – Tratamientos efectivos – Asesoramiento genético
• Autonomía • Elección informada • Control personal
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FENILCETONURIA CORRELACIÓN GENOTIPO-FENOTIPO-TRATAMIENTO
• Mutaciones que producen <15% actividad in vitro causan PKU clásica y no responden a BH4. Si permiten actividad >20%, cuadro moderado y responden a BH4
• Mutaciones que afectan sitio de splicing causan cuadros variables dependiendo de lectura
• Heterocigotos compuestos mutación leve/clásica producen diferentes cuadros clínicos por complementación alélica
• La respuesta a BH4 para ciertas combinaciones está muy bien estudiada
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LOS GRANDES RETOS CÓMPUTO • Científicos capacitados en biología, cómputo, matemáticas, estadística • Herramientas para:
– Análisis de enorme cantidad de datos
– Integrar y almacenar datos con acceso y protección
EDUCACIÓN • Conceptos de probabilidad y riesgo • Integrar genómica en curricula de profesionales de la salud • Educación al público sobre genómica en salud y otras áreas
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LOS GRANDES RETOS GENÓMICA Y SOCIEDAD
En investigación: • Protección de participantes • Percepción de beneficios y riesgos • Marcadores de ancestría y percepción de etnicidad • Poblaciones vulnerables
Aspectos jurídicos: • Propiedad intelectual • Regulación de pruebas genéticas
En medicina genómica: • Comunicación con pacientes • Acceso justo a estudios genómicos • Asegurarse de validez de pruebas • Diagnóstico pre-implantación,
prenatal y presintomático
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EPIGENÉTICA • Los mecanismos
epigenéticos se alteran por factores y procesos:
• Desarrollo (in útero y niñez
• Químicos ambientales • Drogas y medicamentos • Edad • Dieta
• Cambios en la metilación de las islas CpG
• Cambios en las histonas Efectos en la salud: • Cáncer • Autoinmunes • Mentales • Diabetes