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Instituto Nacional de Medicina Genómica

Dra. Alessandra Carnevale Investigadora en Ciencias Médicas


www.inmegen.gob.mx

ABORDAJE GENÓMICO DE LAS ENFERMEDADES MENDELIANAS


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


NUEVAS TECNOLOGÍAS

•  Secuenciación masiva de ácidos nucleicos

•  Genotipificación masiva de SNPs

•  Análisis de expresión génica

•  Proteómica •  Bioinformática y

acceso a bancos de datos


SECUENCIACIÓN MASIVA •  Lo más relevante: velocidad, precisión, magnitud y

disminución de costo.


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


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


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


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


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


COMPONENTE GENÉTICO DE LAS ENFERMEDADES

Contribución de factores ambientales

Contribución de factores genéticos

Etiología

ambiental

Etiología

multifactorial

Etiología Genética

a) monogénica

b) cromosómica


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


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


PADECIMIENTOS MENDELIANOS O MONOGÉNICOS

•  Autosómicos •  Dominantes •  Recesivos

•  Ligados al X •  Recesivos •  Dominantes

Herencia autosómica dominante

Herencia autosómica recesiva

Herencia recesiva ligada al X


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


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


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


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.


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.


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??


SECUENCIACIÓN DE ÚLTIMA GENERACIÓN PARA DIAGNÓSTICO DE CMD

•  Diseño de pipeline para predecir patogenicidad de variantes nuevas y reducir el número

•  Análisis de segregación


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


Secuenciación de exoma completo


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.


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


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%


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


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


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


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.


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


GENÉTICA CLÍNICA •  Alcance: individual y familiar •  Propósitos:

–  Diagnóstico –  Manejo integral de paciente –  Tratamientos efectivos –  Asesoramiento genético

•  Autonomía •  Elección informada •  Control personal


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


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


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



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

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