genes y proteínas de interés en la insuficiencia cardiaca

Genes y proteínas de Genes y proteínas de interés en la Insuficiencia interés en la Insuficiencia

CardiacaCardiaca

Miguel Ángel TorralbaMiguel Ángel TorralbaPrograma de actualización en Insuficiencia Programa de actualización en Insuficiencia

Cardiaca para Médicos Residentes de la Cardiaca para Médicos Residentes de la Comunidad de AragónComunidad de Aragón

Zaragoza, diciembre de 2005Zaragoza, diciembre de 2005

Bases genéticas para la Bases genéticas para la enfermedadenfermedad

El genoma humanoEl genoma humano

Enfermedades monogénicasEnfermedades monogénicas

Enfermedades genéticamente complejasEnfermedades genéticamente complejas

Estudio de genes candidatoEstudio de genes candidato


El genoma El genoma humanohumano

3000 millones de bp3000 millones de bp 26588 genes codificantes26588 genes codificantes 1 gen codifica varias proteinas1 gen codifica varias proteinas Sólo 1% del DNA se transcribeSólo 1% del DNA se transcribe Organización en exones e Organización en exones e

intrones:intrones: SNPs: 1/1250 bp (2,1millones).SNPs: 1/1250 bp (2,1millones). Microsatélites.Microsatélites. ESTsESTs

Mutaciones:Mutaciones: Neutrales.Neutrales. Beneficiosas (CCR5).Beneficiosas (CCR5). Perjudiciales.Perjudiciales.

Recombinación en MeiosisRecombinación en Meiosis

Enfermedades Enfermedades monogénicasmonogénicas

Enfermedades Enfermedades genéticamente genéticamente complejascomplejas

Estudio de Estudio de genes genes candidatocandidato

• Science: 16 February 2001 (291). The human genome



Enfermedades Enfermedades monogénicasmonogénicasncbi.nlm.nih.gov



• Concepto: 1 mutación - 1 gen- 1 enfermedad.• 6000 enfermedades (1/200 nacimientos).• Leyes de Herencia de Mendel:

• Dominante• Recesiva.• Mitocondrial.

• La interacción genes/ambiente no tiene demasiadas consecuencias. • Estrategias de estudio:

• clonación posicional: familias con enf -> mapeo genético -> mapa de genes -> gen responsable y comparación -> relación causal.• Microsatelites: DNI genético “cartografía”.• ESTs:

DNA ->mRNA ->cDNA ->EST• SNPs: polimorfismos nucleótidos únicos.






• Concepto: múltiples genes implicados.• Existen variaciones presentes en individuos sanos en poblaciones normales (Polimorfismos)• No sigue las Leyes de Herencia de Mendel:

• la definición fenotípica (CLÍNICA) es fundamental para establecer la asociación entre variantes genéticos/clínicos• la interacción genes/ambiente tiene importantes consecuencias.

• Necesario el análisis de miles de genotipos.• El estudio es mucho más complejo.

Enf genéticamente compleja Enfermedad monogénica

La Insuficiencia Cardiaca es La Insuficiencia Cardiaca es una enfermedad una enfermedad

genéticamente complejagenéticamente compleja

Brugada, R. et al. N Engl J Med 1997;336:905-911

Pedigree de 3 familias con Fibrilación Auricular Pedigree de 1 familia con enf. autosómica recesiva

Torralba MA. Tesis doctoral 1999

Estrategias de estudio de la Estrategias de estudio de la Insuficiencia Cardiaca como Insuficiencia Cardiaca como enfermedad genéticamente enfermedad genéticamente

complejacompleja1. Selección del rasgo objeto del estudio.

2. Estudios de Asociación: establece la diferencia entre

sujetos y controles en referencia a un marcador o rasgo.

3. Estudios de Ligamiento:

• En árboles familiares se usan diferentes modelos de

herencia para encontrar el más probable.

• En pares de hermanos: “concordancia entre

gemelos”.

4. Prospección o barrido genético inespecífico.

5. Estudio de Genes Candidato. • Los genes candidato pueden identificarse por su localización en una región del

cromosoma que se ha relacionado con la enfermedad y/o por lo que es conocido

sobre la función celular de la proteína producto codificada por el gen (a menudo

del mismo nombre).

Mecanismos fisiopatológicos implicados

Jessup M. N Engl J Med 2003; 348:2007-18

Weber, K. T. N Engl J Med 2001;345:1689-1697

compensada descompensada

Remodelamiento ventricular Remodelamiento ventricular izquierdoizquierdo

Mecanismos de remodelamiento e Mecanismos de remodelamiento e Insuficiencia Cardiaca: moléculas Insuficiencia Cardiaca: moléculas

implicadasimplicadas

PROLIFERACIÓN CELULAR

•Angiotensina II• Catecolaminas• Endotelina• TNF-• GH• IGF• Cardiotropina-I• Estiramiento mecánico

FIBROSIS

• Angiotensina II• Endotelina• Aldosterona• TGF-

APOPTOSIS

•TNF-• Fas

FACTORES CONTRARREGULADORES

• ANP• Bradicinina• Óxido Nítrico• BNP

Adaptado de Harrison: principios de Medicina Interna 16ª Edición

Genes candidato en Insuficiencia Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (I): ACE2Cardiaca (I): ACE2

Regulador crítico de la Regulador crítico de la Función cardiacaFunción cardiaca

Previene la formación de Previene la formación de Angiotensina II vasopresoraAngiotensina II vasopresora

Crackower et al. Nature 2002;417:822-828

Intimamente relacionado con un grupo de genes Intimamente relacionado con un grupo de genes en cromosoma X implicados en HTA: ace-2 RNAm en cromosoma X implicados en HTA: ace-2 RNAm no detectable en riñones de ratas con HTA.no detectable en riñones de ratas con HTA.

Ablación del gen ace2: no disminuye la PA Ablación del gen ace2: no disminuye la PA pero empeora la función cardiaca: media pero empeora la función cardiaca: media la respuesta cardiaca a la isquemia.la respuesta cardiaca a la isquemia.

ACE y ACE2 se contrarregulan: ACE y ACE2 se contrarregulan: animales con genotipo ace/ace2: F animales con genotipo ace/ace2: F cardiaca y TA normales.cardiaca y TA normales.

ACE2: regulación estructural ya que su ACE2: regulación estructural ya que su ablación produce alteraciones ablación produce alteraciones morfológicas cardiacas en Drosophila.morfológicas cardiacas en Drosophila.

Hipótesis de trabajo (I): ACE2Hipótesis de trabajo (I): ACE2

1.1. Polimorfismos en el gen de la ECA2 influirían Polimorfismos en el gen de la ECA2 influirían en la expresión de genes implicados en la en la expresión de genes implicados en la respuesta cardiaca a la hipoxiarespuesta cardiaca a la hipoxia

2.2. Mutaciones en el gen de la ECA2 producirían Mutaciones en el gen de la ECA2 producirían diferentes fenotipos de Insuficiencia diferentes fenotipos de Insuficiencia cardiaca por ausencia de regulación al alza cardiaca por ausencia de regulación al alza en la expresión de genes implicados en la en la expresión de genes implicados en la respuesta miocárdica a la hipoxia:respuesta miocárdica a la hipoxia:

¿Cuáles serían esos genes?¿Cuáles serían esos genes?

Genes candidato en Insuficiencia Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (II): AT1-RECEPTORCardiaca (II): AT1-RECEPTOR

Regulador crítico del daño Regulador crítico del daño endotelialendotelial

AbDalla S et al. Cell 2004; 119: 343-354

El exceso de producción en el monocito y consecuentemente en El exceso de producción en el monocito y consecuentemente en el macrófago de receptores AT1 condiciona un aumento de la el macrófago de receptores AT1 condiciona un aumento de la respuesta a ECA y Angiotensina , implicados en el daño respuesta a ECA y Angiotensina , implicados en el daño endotelial y la respuesta farmacológicaendotelial y la respuesta farmacológica

Hipótesis de trabajo (II): AT1-Hipótesis de trabajo (II): AT1-ReceptorReceptor

1.1. Polimorfismos en el gen del receptor AT1 estarían Polimorfismos en el gen del receptor AT1 estarían implicados en el exceso de expresión de dicha proteina implicados en el exceso de expresión de dicha proteina en la membrana del monocito, así como en la formación en la membrana del monocito, así como en la formación de dímeros o monómeros, con la consecuente de dímeros o monómeros, con la consecuente implicación en el daño endotelial en pacientes con implicación en el daño endotelial en pacientes con insuficiencia cardiaca crónica.insuficiencia cardiaca crónica.

2.2. Mutaciones en el gen del receptor AT1 Mutaciones en el gen del receptor AT1 producirían mayor o menor daño endotelial por:producirían mayor o menor daño endotelial por:

Afectación de su unión al ligando.Afectación de su unión al ligando. Por modificación en la expresión en la membrana del Por modificación en la expresión en la membrana del

monocito.monocito. Por mecanismo de escape a diferentes fármacos.Por mecanismo de escape a diferentes fármacos.

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (III): Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (III): Genes implicados en la contractilidad Genes implicados en la contractilidad

miocárdicamiocárdica

Moleculas y genes Moleculas y genes implicados:implicados:

Marinos C et al. N Engl J Med 2000; 342: 770-80

Miosina.Miosina. Desmina.Desmina. Laminina.Laminina. Otros “filamentos Otros “filamentos

intermedios”.intermedios”.

Hipótesis de trabajo (III):Hipótesis de trabajo (III): Dichas moléculas jugarían su papel en el desarrollo de Dichas moléculas jugarían su papel en el desarrollo de

cardiopatía estructural como causa principal de insuf cardiopatía estructural como causa principal de insuf cardiaca en algunos pacientescardiaca en algunos pacientes

Genes candidato en Insuficiencia Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (IV): receptores alfa y BetaCardiaca (IV): receptores alfa y Beta

Moleculas y genes Moleculas y genes implicados:implicados:

Hayar RJ et al. N Engl J Med 2002; 347: 1196-1199

B1 y B2: aumentan contractilidad e HVI mediante B1 y B2: aumentan contractilidad e HVI mediante Adenilato ciclasa.Adenilato ciclasa.

B2: activa la protein kinasa mitógena y B2: activa la protein kinasa mitógena y contrarregulación.contrarregulación.

B3: activa la NO sintasa.B3: activa la NO sintasa. postsinapsispostsinapsisactiva la protein kinasa mitógena-activa la protein kinasa mitógena-

>HVI.>HVI. presinapsis: regulación de la liberación de presinapsis: regulación de la liberación de

Noradrenalina. Noradrenalina.

Hipótesis de trabajo (IV):Hipótesis de trabajo (IV): Prevalencia de polimorfismos alfa y Beta receptores en nuestra Prevalencia de polimorfismos alfa y Beta receptores en nuestra

población y su correlación con los fenotipos.población y su correlación con los fenotipos. Investigación del papel del receptor B3Investigación del papel del receptor B3

Genes candidato en Insuficiencia Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (V): la apoptosisCardiaca (V): la apoptosis

Hunter, J. J. et al. N Engl J Med 1999;341:1276-1283

Insuficiencia Cardiaca y la Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(I)apoptosis(I)

NECROSISNECROSIS APOPTOSISAPOPTOSISPROCESOS IMPLICADOS EN LA APOPTOSISPROCESOS IMPLICADOS EN LA APOPTOSIS

Insuficiencia Cardiaca y la Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(II)apoptosis(II)

Alberts: Molecular Biology of the cell. 2004. Fourth Edition

Insuficiencia Cardiaca y la Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(III):apoptosis(III): Mecanismos Mecanismos

reguladoresreguladores

Proteina “P53”(estímulo de vía intrínseca

fase G1 del ciclo celular)

Proteina “Bcl-2”(regulador de vía extrínseca)

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis (IV)(IV)

Factores inductores de ApoptosisFactores inductores de Apoptosis

Factores inhibidores de ApoptosisFactores inhibidores de Apoptosis

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis (V): los otros factores implicados(V): los otros factores implicados

Hunter, J. J. et al. N Engl J Med 1999;341:1276-1283

OTROS FACTORES IMPLICADOS

• TNF-• TNF-.

• Expresión Oncogen BAX.

• TGF-• Aumento de Ca en retículo

sarcoplásmico.

• Hipoxia.

• Catecolaminas.

• Aumento Angiotensina II.

• Ausencia de receptor

gp130.

Hipótesis de trabajo (V):Hipótesis de trabajo (V): Existe una correlación entre la expresión de genes Existe una correlación entre la expresión de genes

implicados en la apoptosis del miocito y el fenotipo finalimplicados en la apoptosis del miocito y el fenotipo final

Hipótesis de trabajo (V): la apoptosis Hipótesis de trabajo (V): la apoptosis del miocito y los mecanismos del miocito y los mecanismos

implicadosimplicados

Uso de los microarraysUso de los microarrays

Los microarraysLos microarrays

Sauter, G. et al. N Engl J Med 2002;347:1995-1996Edison T. et al. N Engl J Med 2004;350:1595-1596

genes y proteínas de interés en la insuficiencia cardiaca

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