el origen de la enfermedad - um.es · telómeros, telomerasa, y envejecimiento patología humanas...

El origen de la enfermedad

Grupo de Telómeros y Telomerasa

Centro Nacional de Investigaciones

Oncológicas (CNIO), Madrid, España

La “edad” del cáncer

40-50 años

El mayor factor de riesgo para desarrollar cualquier enfermedad

(incluido el cáncer) es el envejecimiento

El envejecimiento saludable es un de los “grandes retos”

de la Comisión Europea para la próximas décadas

2009

65 años-> 17% de la población

(25% octogenarios)

2050 (proyección)

65 años-> 30 % de la población

(30% octogenarios)

Infancia/juventud/adulto envejecimiento

Cancercardiovascular

diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

causa

consecuencia

intervenciones

terapéuticas

envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

Infancia/juventud/adulto

Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad

genética

ambiente

biomarcadores

para prevención

y diagnostico

hasta ahora futuro

Un cambio de paradigma

Linda Partridge

Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

Las causas del envejecimiento

telómerostelómeros

Cromosoma

(célula parental)

Los telómeros se acortan cada vez que nuestras células se dividen

“problema para copiar los extremos”

Pérdida de ADN de los extremos

Cromosoma

(célula hija #1)

Cromosoma

(célula hija #2)

Un gen embrionario llamado telomerasa es capaz de alargar los

telómeros en el estadío pre-implantacional, reseteando lo longitud de

los telómeros

Sin embargo, la telomerasa, se “apaga” al nacer… pero…

Las células cancerosas re-activan a la telomerasa, escapando así de la

mortalidad y convirtiendose en inmortales

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

genes telomeres

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

cell death

cell senescence

aging

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

genes telomeros

cancer

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

cancer(> 95% de los

cánceres activan

telomerasa)

highL

on

git

ud

telo

méri

ca

enfermedad

salud

edad

Telómeros, telomerasa, y envejecimiento

Patología humanas debido a mutaciones en telomerasa

(“SINDROMES TELOMERICOS”)

dysqueratosis congenita (DKC1, Terc, Tin2)

anemia aplásica (Terc, Tert, Tin2)

fibrosis pulmonar (Terc, Tert)

atrofias digestivas (Terc,Tert)

Pérdida prematura de la capacidad regenerativa

de la piel, la médula ósea, el pulmón, el intestino…

Longitud telomérica=biomarcador de

envejecimiento

Percentiles bajos de longitud telomérica=

Mayor riesgo de enfermedad (cardiovascular,

neurodegenerativas, infecciones…)

Blackburn & Epel, Nature, 2012

La longitud de los telómeros es un reflejo de los estreses vitales

# Los hábitos de vida influyen la longitud de los telómeros: fumar, ejercico, obesidad

# El estres percibido acorta los telómeros en adultos (Epel et al., PNAS, 2004)

# El estres durante la infancia o el stress de la madre durante el embarazo acorta los

telomeros prematuramente (Shalev et al, Mol Psychiatry, 2012; Entringer et al., PNAS,

2011)

# Los desordenes de personalidad (bipolaridad) acortan los telomeros (Elvsashagen et

al., J. Affect. Disord., 2011)

Canela et al., PNAS, 2007

0 5 10 15 200

20

40

60

mean telomere length (kb)

freq

uen

cy

Mean TL

% Short telomeres

1) Obtaining blood sample (5 ml) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy

4) Capture of individual telomeres5) Data processing6) Data analysis

Desarrollo de una tecnología para medir los telómeros cortos

Canela et al., PNAS (2007)

HT-Q

FIS

H

Una metodología muy precisa para medir telómeros

Me

dia

n te

lom

ere

le

ng

th (

Kb

)

≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60

Age (years)

n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35

Q1 Q2 Q3 Q4

0

5

10

15

% s

ho

rt te

lom

ere

s (

<3

kb

)

≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60

Age (years)

n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35

0

10

20

30

40

50

60

Q5 Q6 Q7 Q8Chen et al., Cell ( 2012)

Snyder tiene una mutación en telomerasa

Detección de los telómeros cortos…

Cardiovascular

(PESA, CNIC &

H.U. Salamanca)

Fertilidad

(IVI, Madrid)

Transtornos Bipolares

(Hospital de Oslo)

Toxicidad/eficacia tratamientos

cáncer

(Programa Clinico, CNIO)

Tolerancia a transplantes

(Hospital Clínic, BCN)

Cáncer de mama

(Consulta de cáncer familiar,

CNIO, Madrid)

SIDA


Patologías asociadas a telomeros cortos

Cáncer familiar de mama y de ovario

BRCA1/BRCA2

BRCA1

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

BRCA2

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

BRCAX

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

Sporadic BC

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

A C

B D

Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011

Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)

Los telómeros cortos indican un mayor riesgo de cáncer de mama y ovario

Javier Benítez,

Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO

Desde septiembre de 2011

Recogida de muestras de sangre de

familias con cáncer de mama y ovario

Encuesta de hábitos y estilo de vida

Medición de los telómeros

Estudio prospectivo para ver el papel de los telómeros en cáncer de mama

Colaboración con Javier Benítez,


t/s-ajustado n p-valorcontroles 0.0037 389 -

pretratados 0.0282 13 ns0-90d 0.0359 41 ns

91-180d -0.2237 41 0.0460-180d POST-Tto -0.2854 68 0.0014

181-360d POST-Tto -0.2095 38 0.02

360-520d POST-Tto -0.1459 22 ns>520d POST-Tto -0.0921 32 ns

con

tro

les

pre

trat

ado

s

0-9

0d

91

-18

0d

0-1

80

d P

OST

-Tto

18

1-3

60

d P

OST

-Tto

36

0-5

20

d P

OST

-Tto

>5

20

d P

OST

-Tto

* ** *

Tf 1.5 años post TTi 6 m

Casos esporádicos de cáncer mama tratados (T) con taxanos (n=242)

telómeros

Efecto de la quimioterápia en la longitud de los telómeros

Colaboración con Javier Benítez,


Predecir la longevidad

por la longitud de los

telómeros?

Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones

Vera et al., Cell Reports, 2012

Facial vein bleeding

0 5 10 15 200

20

40

60

mean telomere length (kb)

freq

uen

cy

Mean TL

% Short telomeres

1) Obtaining blood sample (300µl) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy

4) Capture of individual telomeres5) Data processing6) Data analysis

El primer estudio de telómeros longitudinal en mamíferos

Linear regression:

WT: Slope=-7.03± 1.24 kb/year

R2=0.31 (Quadratic: R2=0.34)

p<0.0001

TgTERT: Slope=-7.05 ± 1.60 kb/year

R2=0.22 (Quadratic: R2=0.30)

p<0.0001

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50

10

20

30

40

50

60

70

80

Age (years)

Me

an

te

lom

ere

len

gth

(kb)

Vera et al., Cell Reports, 2012

Los telómeros de ratón se acortan 100 veces más rápidos que los humanos

Humanos: 70 bps/año

Ratones: 7 Kb/año

Incre

ase

in t

he

% o

f

sh

ort

te

lom

ere

s (

pe

r m

on

th)

El aumento en el % de telómeros cortos predice la longevidad individual

0 50 100 150 200-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Lifespan (weeks)

WT: Slope=-0.005022 ± 0.002550

R2=0.2

p=0.06

TgTERT: Slope=-0.01267 ± 0.005604

R2=0.3

p=0.04

WT

TgTERT

WT

TgTERT

Cómo podemos revertir el envejecimiento?

Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

Modelos animales para entender el papel de la telomerasa en cáncer & envejecimiento

Blasco et al., Science (1995)

Blasco, Lee, et al., Cell (1997)

Lee, Blasco, et al., Nature (1998)

Ratones sin telomerasa (Terc-/-)

Disfunción de las células madre

Capacidad regenerativa disminuida

Envejecimiento prematuro

MENOS CANCER

Inactivación de la telomerasa

González-Suarez et al., Nat Genet (2000)

Flores et al., Science (2005)

Ratones super-telomerasa (K5-TERT)

Menos envejecimiento

Ligero aumento del cáncer

TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF (“triple”)

Menos envejecimiento & 40% más vida

media

Activación de la telomerasa

Tomás-Loba et al, Cell (2008)

“Triple”Wild-type

González-Suarez et al., EMBO J. (2001)

Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo y viven más

Supervivencia sin cáncerSupervivencia global

0

20

40

60

80

100

0 60 80 100 120 140 160 180

Sp53 (n=25)Triple (p=0.003; n=6)

su

rviv

al (%

)

age (weeks)

+50%

Control (n=25)

0

20

40

60

80

100

0 60 80 100 120 140 160 180

Sp53 (n=49)

Triple (p<0.001; n=12)

su

rviv

al (%

)

age (weeks)

+40%

Control (n=49)

0

20

40

60

n=25

n=6

p=0.003

0

20

40

60

n=49

n=12

p<0.001

Control Triple

Su

rviv

al

at

3 y

ea

rs (

%)

Control Triple

Su

rviv

al

at

3 y

ea

rs (

%)

Tomás-Loba et al., Cell (2008)

He

alth

sp

an

Coordinación neuromuscular

0

25

50

75

100

125

Éx

ito

(%

)

n=11

n=9

normal

p=0.02

n=8 n=10

TRIPLE

p=1

jóven (5-20 semanas) Viejo (116-160 semanas)

Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo

Tomás-Loba et al., Cell (2008)

Heath-span

Vida media (85 años)

Vida máxima (120 años)

superv

ivencia

edad

e n f e r m e d a ds a l u d

40 años

Heath-span

Vida media (115 años)

Vida máxima (120 años)

superv

ivencia

edad

intervención

en

fe

rm

ed

ads a l u d

80 años

Que pasaría si retrasamos el envejecimiento en humanos?

Terápia génica contra el

envejecimiento

Virus Adeno Asociados como vehículos

para activar a la telomerasa

1 año

AAV9-eGFP or

AAV9-mTERT

nacimiento muerte2 años

5.0

AAV9-eGFP

Tail skin

Brain

LiverLungHeart

Kidney

Muscle

AAV9-eGFP AAV9-mTERT

AAV9-mTERT

Tail skin

Brain

LungHeart

Kidney

Muscle

3.0

p/sec/

cm^2/sr

x108

4.0

7.0

6.0

3.0

x108

4.0

5.0

7.0

6.0

p/sec/

cm^2/sr

3.0

6.0

4.0x108

Liver

Terápia génica para activar la telomerasa en adultos

Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012

p= 0,03

~ 1 yr ~2 yr

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

p= 0,003

Fo

ld c

ha

ng

es

in

te

lom

era

se

ac

tivit

y

Lung

n=3

n=3

n=3

n=3

Rnase - + - - - + - - - + - - - + - - - + - - - +1 3 5 5 Protein (mg) 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5

AAV9-mTERT #1 AAV9-mTERT #2 AAV9-mTERT #3 AAV9-eGFP #1 AAV9-eGFP #2

Pulmón (ratón de 2 años)

IC

3 3

3 months PI

Posible terápia para los síndromes teloméricos:

fibrosis pulmonar


Un solo tratamiento con AAV9-TERT reactiva telomerasa en adultos

osteoporosis

Grasa

subcutanea


Un solo tratamiento con AAV9-TERT aumenta el “health span”

0

20

40

60

80

100 n= 18

n= 6

n= 8

Tig

htr

op

e s

uc

ce

ss

(%

) n= 11

~1 yr

(6 months PI)

~1 yr

(11 months PI)

p= 0,4 p= 0,01

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la coordinacioón neuromuscular


13% median lifespan

20% maximum lifespan

AAV9-mTERT n=21

AAV9-eGFP n=12

V.I. – Viral injection

Control n=33

eGFP vs mTERT

p= 0,02 (Log Rank test)

Control vs mTERT


WeeksP

erc

en

t S

urv

iva

l

V. I.~1 yr old group

24%

13%

24% median lifespan

13% maximum lifespan

Weeks

Pe

rce

nt

Su

rviv

al

V. I.~2 yrs old group

13%

20%

eGFP vs mTERT


Control vs mTERT


AAV9-mTERT n=23

AAV9-eGFP n=14

V.I. – Viral injection

Control n=25

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT aumenta la vida media y máxima


0

20

40

60

80

100

7

21 Mic

e a

ffe

cte

d (

%)

AAV9-eGFP AAV9-mTERT

n= 26 n= 40

31

9

14

34

2

Histiocytic sarcoma

Adenoma

Lymphoma

Adenocarcinoma

p= 0,87

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer


Boccardi & Herbig, EMBO Molecular Medicine, 2012

Tratamiento con AAV9-telomerasa aumenta el “health-span” y la longevidad


Infancia/juventud/adulto envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

acortamiento

telomérico

consecuencia

activación de

telomerasa

envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

Infancia/juventud/adulto


genética

ambiente

biomarcador

para prevención

y diagnostico

Tratamiento de las

enfermedades del

envejecimiento

El infarto de miocardio aumenta con el envejecimiento

La “edad” del infarto

40-50 años

El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer

Cardiovascular

(PESA, CNIC &

H.U. Salamanca)

Fertilidad

(IVI, Madrid)

Transtornos Bipolares

(Hospital de Oslo)

Toxicidad/eficacia tratamientos

cáncer

(Programa Clinico, CNIO)

Tolerancia a transplantes


Cáncer de mama

(Consulta de cáncer familiar,

CNIO, Madrid)

SIDA


Patologías asociadas a telomeros cortos

semanas

Longitud telomérica media

3er tercil

1er tercil

Abundancia de telómeros cortos

semanas

198 casos

106 controles

Telómeros cortos tienen valor predictivo de mortalidad en estudios

prospectivos con pacientes que han tenido síndrome coronario agudo (SCA)

El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer

X

ligación

arterias

Es la activación de telomerasa una opción terapéutica en infarto?

Modelo preclínico para infarto de miocardio

corazón normal

corazón infartado

corazón infartadocorazón normal

PET – FDG uptake

histología

AAV9-TERT

AAV9-empty

1x1012vg/mouse

7%

2x1012vg/mouse

61%

AAV9-eGFP

2x1012vg/mouse

64%

C57B

l6

FV

B/N

AAV9-empty

0%

2x

10x

2x1012vg/mouse

~ 1%

liver

2x

10x

brain

2x1012vg/mouse

< 1%

Bruno Bernardes de Jesus

Christian Bär

AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa

0

200

400

600

Fo

ld c

han

ge in

mT

ER

T

mR

NA

levels p<0.0001

p=0.0007

n=8

n=2

n=4

p<0.0001

p=0.0013

No virusAAV9-mTERT: 1x1012vg/mAAV9-mTERT: 2x1012vg/m

n=8n=2

n=4

Heart Liver


Christian Bär

ca

rdio

my

oc

yte

s

GFP

GFP

Merged

MergedMHC

Troponin I

2x1012vg/mouse

AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa

Tratamiento con AAV9-TERT previene un 20% de muertes tras infarto


Christian Bär

0 10 20 30 4040

60

80

100

AAV9-empty

AAV9-mTERT:

2x1012vg/m

No virus

Pe

rce

nt su

rviv

al

Hea

rt infa

rct

Days after myocardial infarction

n=35

n=37

n=21

p=0,07

74%

57%

FVB/N

0.0

0.5

1.0

1.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Lo

ng

itu

din

al th

ickn

ess

(mm

)

Tra

nsvers

al th

ickn

ess

(mm

)

1 week

p=0.02 p=0.01

p=0.5

n=4

n=13

n=5 n=4

n=13

n=5

p=0.03 p=0.01

p=0.7

1 week

AAV9-empty

AAV9-mTERT:

2x1012vg/m

Sham (no myocardial infarction)

Echocardiography

Myocardial Infaction

AAV9-empty

SHAM

AAV9-mTERT: 2x1012vg/m

El tratamiento con AAV9-TERT previene las fibrosis tras infarto


Christian Bär

Masson trichrome

Scar size/LV size, %

0

10

20

30

40

% o

f are

a

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

n=10

n=7

p=0.14 AAV9-empty

AAV9-mTERT:

2x1012vg/m

0

50

100

150

200

me

an

sp

ot

inte

ns

ity /

nu

cle

us

(a

.u.)

mean 52.33 a.u.

(1850 nuclei)mean 64.98 a.u.

(1968 nuclei)

124% of AAV9 empty

p<0.0001

cardiomiocitos

El tratamiento con AAV9-TERT alarga los telómeros de los cardiomiocitos


Christian Bär

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

Infancia/juventud/adulto envejecimientoMuerte por infarto

de miocardio

acortamiento

telomérico

consecuencia

activación de

telomerasa


20% menos muerte tras

infarto de miocardio

Grupo de telómeros y telomerasa

Isabel L. Silanes

Aksinya Derevyanko Bruno BernardesChristian Bär Juanma Povedano Mercedes Gallardo

Fabian Beier

Elsa Vera

Iole Ferrara

Alicia Lemus

Rosa SerranoNora Soberon

Ben Kumfmüller Elisa Varela

Ianire Garrobo

Gina de Bonis Nani MarionRalph Schneider

Maria Garcia Martina Stagno Miguel Foronda Paula MartinezAgueda Tejera

Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa

el origen de la enfermedad - um.es · telómeros, telomerasa, y envejecimiento patología humanas...

Documents