Las enfermedades o desórdenes genéticos se pueden
definir como mutaciones en el material hereditario de los individuos que afectan de una
manera especial y negativa a los mismos. De una manera clásica, se clasifican en
desórdenes debidos a un solo gen, cuando la alteración se debe a una mutación en un
gen, generalmente afectando a una enzima de una ruta metabólica (metabolopatías);
desórdenes cromosómicos, cuando están implicados cromosomas enteros o fragmentos de los
mismos y desórdenes multifactoriales, cuando hay implicados varios genes, pero con una
influencia muy significativa del ambiente.
Aspectos genético-moleculares
Con el advenimiento de las técnicas moleculares y de
ingeniería genética se han desarrollado una serie de estrategias generales para la
identificación de genes que producen enfermedades, entre las que se encuentran:
Clonación funcional: Para aislar el gen se tiene en
cuenta alguna información sobre la función del mismo. Si se conoce el producto génico,
la purificación parcial del producto puede permitir varias estrategias para la
identificación. Si no es así, se puede emplear un ensayo funcional. Esta estrategia
sólo ha sido útil en algunos casos, como en el gen del grupo C de la anemia de Fanconi
(FACC).
Clonación posicional: Consiste en aislar el gen
conociendo sólo su localización subcromosómica, sin emplear ninguna información sobre
la patogénesis o la función bioquímica. La propuesta general consiste en intentar
construir mapas genéticos y físicos de la región, refinar la localización
subcromosómica e identificar genes en esa región que puedan ser candidatos a ser
los causantes de la enfermedad. Ejemplos son:
La distrofia muscular de Duchenne (1986); la fibrosis
quística (1989) y la neurofibromatosis tipo I (1990).
Genes candidatos independientes de la posición: Un
gen candidato para un desorden humano puede ser sugerido sin ningún conocimiento de la
localización cromosómica. Esto puede ocurrir si el fenotipo se parece a otro fenotipo en
animales o humanos de los cuales se conoce el gen, o si la patogénesis molecular sugiere
que el gen puede ser un miembro de una familia génica conocida. Este método no ha dado
muchos resultados y ha sido sustituido por el método siguiente.
Genes candidatos posicionales: Una vez que la
enfermedad ha sido mapeada, los genes candidatos pueden ser identificados
empleando la base de datos. Es un método que ha dado buenos resultados. Por ejemplo, la
enfermedad de Alzheimer (precursor de la proteína ß-Amiloide) y la retinitis pigmentosa
(periferina, rodopsina).
La confirmación de un gen candidato que puede dar
lugar a una determinada enfermedad se realiza principalmente mediante el screening
mutacional, comparando, a nivel de DNA, individuos afectados e individuos control. La idea
consiste en que si un gen aparece como candidato para ser el causante de una
enfermedad genética, debe de aparecer mutado en los pacientes. El screening mutacional lo
que hace es comparar individuos afectos e individuos control con respecto a este DNA. Si
las mutaciones identificadas están ausentes de las muestras control, se confirma
que el gen que se está probando es realmente el locus para la enfermedad.
Hay dos estrategias generales para la detección de
mutaciones en los individuos: indirectas o directas. En los métodos indirectos (gene
tracking), se emplean marcadores ligados en estudios familiares para ver si un
determinado individuo ha heredado o no el cromosoma portador de la enfermedad de uno de
sus progenitores.
En las pruebas directas, el DNA de un individuo se analiza
para ver si es portador de una mutación patogénica dada. Se hace casi siempre empleando
la técnica de la PCR, que permite utilizar un amplio rango de muestras biológicas:
muestras de sangre; células de la boca; muestras de biopsia de vellosidades
coriónicas; células en general; pelo, semen.
En el caso de las pruebas directas, la detección de una
mutación se realiza mediante dos aproximaciones: el screening mutacional, si la mutación
no es conocida y la detección de la mutación, si la mutación es conocida.
En el primer caso, hay varios métodos para la detección de mutaciones puntuales de un
gen, como la secuenciación, la movilidad de heteroduplexos en geles de poliacrilamida, el
análisis del polimorfismo conformacional de la cadena sencilla (SSCP o SSCA), corte
químico o enzimático de emparejamientos erróneos, electroforesis en gel de gradiente
desnaturalizante, prueba de rotura de la proteína, etc. Cuando la mutación es conocida,
los métodos más empleados son, por ejemplo, la presencia/ausencia de un sitio de
restricción de un DNA amplificado por PCR, el empleo de sondas de oligonucleótidos
específicos de alelos, primeros específicos de alelos empleando PCR (ARMS test), ensayo
de ligamiento de oligonucleótidos (OLA) o el tamaño de las repeticiones de
trinucleótidos.
Aspectos genético-poblacionales
La genética de poblaciones es aquella parte de la Genética
que estudia la distribución de los genes en las poblaciones y de cómo las frecuencias de
los genes y de los genotipos cambian o se mantienen a lo largo del tiempo.
Las frecuencias génicas y genotípicas son esenciales en
muchas formas de análisis genético, como el análisis de ligamiento y el análisis de
segregación, así como tiene una particular importancia en los cálculos de los
riesgos genéticos. De esta manera, para realizar un diagnóstico clínico correcto
genéticamente, así como para un estudio de consejo genético, es importante conocer el
origen geográfico y étnico de las familias que se están estudiando o si hay una
historia familiar de consanguinidad. En los estudios genéticos, más que en cualquier
otra especialidad médica, el paciente es un reflejo de la población a la que él o ella
pertenecen
En estudios genético-poblacionales, el screening
de una población se puede considerar como una consecuencia natural de la posibilidad de
probar directamente la presencia de una mutación en los individuos de una población. Hay
una serie de requerimientos aceptados por la comunidad científica para que un programa de
screening poblacional sea adecuado.
1.- Un resultado positivo debe conducir a alguna acción
útil.
Ej: Tratamiento preventivo (fenilcetonuria)
2.- El programa debe ser éticamente y socialmente
aceptables.
Los sujetos deben dar su consentimiento
No debe haber presiones para abortar embarazos
afectados
No debe ser un arma de discriminación social
3.- El test debe ser sensible y específico
Los test con muchos falsos positivos pueden crear
ansiedad
entre la gente normal
4.- Los beneficios del programa deben superar los costes
No es ético gastar en algo inútil dejando de lado
otras
necesidades sanitarias
Ejemplo del cálculo de las frecuencias génicas y
genotípicas
En la población balear, se estudió la proteína sérica GC
(componente específico de grupo), una a2-globulina que funciona como
proteína portadora de la vitamina D y sus derivados. Presenta marcadas diferencias en la
frecuencia génica que han sido correlacionadas con la latitud. De esta manera, se
ha sugerido una relación entre estas variantes genéticas, la pigmentación de la
piel y la intensidad de la luz solar.
De 136 individuos se obtuvo:
Genotipos Individuos
1
55
1-2
56
2
25
p= Frecuencia génica de GC*1 = ((2 x 55) + 56) /
(2 x 136) = 0.610
q= Frecuencia génica de GC*2 = ((2 x 25) + 56) / (2 x
136) = 0.390
Se cumple que p+q= 1
Un principio fundamental en la Genética de
Poblaciones: La ley de Hardy-Weinberg
En poblaciones grandes, con apareamiento al azar, y sin factores
como selección, migración o mutación, por sí mismo, el proceso de la herencia no
cambia ni las frecuencias alélicas ni las genotípicas de un locus dado.
Además, las frecuencias genotípicas de equilibrio
en cualquier locus dado se logran en una sola generación de apareamiento, siempre
que las frecuencias alélicas sean las mismas en los dos sexos. Cuando las frecuencias son
diferentes en los dos sexos, tanto si se trata de genes autosómicos como de genes ligados
al cromosoma X, el equilibrio se consigue al cabo de muy pocas generaciones.
Factores que afectan a la ley de Hardy-Weinberg
- Cualquier desviación del apareamiento al azar, como el
apareamiento no aleatorio, la estratificación poblacional o la endogamia
(inbreeding).
- Las mutaciones.- Cambios en el material hereditario.
- La selección.- Proceso que hace que determinados alelos
aumenten su frecuencia sobre otros por el hecho de conferir más eficacia biológica a los
individuos que los poseen.
- La migración.- Cambio en las frecuencias génicas de
las poblaciones por la incorporación de alelos provenientes de otras poblaciones, o por
la pérdida de los mismos al desplazarse los individuos a otras poblaciones.
- La deriva genética.- Proceso aleatorio del cambio de las
frecuencias génicas que se produce por el hecho de que no todo el potencial genético de
los individuos de una población se transmite a la generación siguiente y también por el
tamaño reducido de las poblaciones.
La ley de Hardy-Weinberg se puede emplear (con
precauciones) para calcular las frecuencias de los portadores y las probabilidades
de riesgo en el consejo genético.
Ejemplos:
1.- Supongamos una enfermedad autosómica recesiva que afecta
a uno de cada 10.000 nacidos vivos.
Frecuencia esperada de los portadores:
Fenotipos No
Afectos Afectos
Genotipos
AA Aa aa
Frecuencias p2
2pq q2 = 1/10.000
q2 = 10-4, y por tanto q= ÷10-4 = 10-2 =1/100
lo que quiere decir que en el locus A, 1 de cada 100 genes de
una población son alelos a y 99/100 son alelos A.
La frecuencia de los portadores, es decir, los individuos
que llevan una copia del alelo recesivo en heterozigosis y, por tanto, no manifiestan la
enfermedad (Aa), es calculada como 2pq, por tanto, en nuestro caso, 2 x 99/100 x 1/100 =
0.0198 = 2%
2.- Si el padre de un niño afectado por la enfermedad
anterior se vuelve a casar, ¿cuál es el riesgo de tener un hijo/a afectado en el nuevo
matrimonio?
El padre seguro que es portador, ya que tiene un hijo
afectado: Probabilidad = 1
Probabilidad de que la madre sea portadora = 2/100
(Suponiendo que no hay una historia familiar en la nueva esposa sobre la enfermedad)
Probabilidad de tener un hijo/a con genotipo aa = 1/4
Probabilidad total = 1 x 2/100 x 1/4 = 0.005 = 1/200
3.- La ceguera para los colores rojo-verde, ligado al
cromosoma X, afecta a 1 de cada 12 chicos
¿Qué proporción de chicas serán portadoras y qué
proporción serán afectadas?
Chicos Chicas
Genotipos A1 A2
A1
A1
A1
A2
A2
A2
Frecuencias p q=
1/12 p2
2pq q2
q=1/12, por tanto p= 1 - (1/12)= 11/12
Chicas portadoras (2pq)= 2 x 1/12 x 11/12 = 22/144 =
15%
Chicas afectadas (q2 )= 1 en 144 = 0.7%
Cálculo de las frecuencias de mutación
Las frecuencias genotípicas se pueden emplear (también con
precaución) para calcular las tasas de mutación. Dependiendo del carácter, estas
estimas pueden variar, y así:
Carácter autosómico recesivo: m = sq2
Carácter autosómico dominante: m= sp
Carácter recesivo ligado al X: m= sq/3
Las tasa de mutación en general se puede considerar = 10-5-10-7 por gen y por
generación.
Algunos ejemplos de estudios realizados o en vías
de realización relacionados con enfermedades genéticas llevados a cabo en el Laboratorio
de Genética de la Universidad de las Islas Baleare
s (línea de Genética de Poblaciones Humanas). En núcleo del grupo está formado por los
siguientes miembros: Dra. Misericòrdia Ramon, Dr. José A. Castro y Dra. Antònia
Picornell.
Deficiencia de la Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa
En 1983 se realizó un screening poblacional en la isla
de Mallorca para esta deficiencia. Se utilizó un kit comercial para su detección y se
hizo a partir de muestras de sangre y de raiz de cabellos. La G-6-PD está ligado al
cromosoma X.
Número de individuos muestreados: 2.075
Hombres 979
Mujeres 1.096
Número de individuos afectados: 6
Hombres 5
Mujeres 1
q= 0.005 p=0.995 Portadores= 2pq= 0.01
(1%)
Gangliosidosis GM2: Enfermedad de Tay-Sachs y de
Sandhoff
Se tratan de enfermedades neurodegenerativa letales,
heterogéneas en cuanto a síntomas y edad de aparición. La enfermedad de Tay-Sachs
presenta una elevada incidencia en judíos asquenazíes, mientras que la incidencia de
Sandhoff es similar en todos los grupos étnicos.
En la población balear se llevó a cabo un estudio para
determinar la frecuencia de portadores, mediante un screening poblacional de 1107
individuos y basado en la determinación de la actividad de la hexosaminidasa en suero. Se
determinó la actividad total de la hexosaminidasa, así como las proporciones relativas
de Hex A y Hex B de cada individuo.
Individuos
N Actividad
total %Hex A
Sanos
1041
425`148 67.7`5.1
Portadores Tay
Sachs
9
361`106 39.9`9.3
Portadores
Sandhoff
7
333`146 84.2`2.4
No
concluyentes
35 (%HEXA = 51-55)
Tay
Sachs
Sandhoff
Frecuencia de portadores 0.0086 (1 en
116) 0.0067 ( 1 en 149)
Frecuencia
génica
0.0041
0.0032
Miopía
Alteración visual que acompaña frecuentemente a algunos
síndromes genéticos, pero también se presenta en individuos de ambos sexos no afectados
por ningún síndrome genético. Es frecuente en jóvenes (menores e 40 años) y en
algunas poblaciones como los judíos ashkenazíes y la población asiática (70%). Según
algunos autores puede ser debida a un gen autosómico recesivo. Algunos marcadores
genéticos han sido asociados con la miopía: el sistema Rh (cr. 1) con la baja miopía (6
dioptrías o menos) y la Acph (cr. 2) con la alta miopía (más de 6 dioptrías). El
objetivo de este estudio es la determinación de la genética de la miopía y la
incidencia de esta enfermedad en las islas Baleares
Bibliografía
- Ghio, G.; Picornell, A.; Castro, J. A.; Ramón, M. M.
(1995) Detección de portadores de GM2-Gangliosidosis en la población balear. XXX
Jornadas Luso-Espanholas de Genética (Lisboa, 21-23 de Septiembre) .
- Hedrick, P.W. (1985). Genetics of Populations . Jones and
Bartlett Publishers, Inc. Boston
- Miguel A., Ramon M.M., Petitpierre E., Goos C.A., Markslag
A.M., Vermorken A. (1983). Population screening for glucose-6phosphate dehydrogenase
deficiency on the Baleares. Human Genetics, 64: 176 -179 .
- Strachan, T.; Read, A.P. 1996. Human Molecular Genetics.
BIOS Scientific Publishers Ltd.
LAS NUEVAS TÉCNICAS MOLECULARES Y DE INGENIERÍA
GENÉTICA PERMITEN EL MAPEO DE LAS ENFERMEDADES, IDENTIFICANDO EL GEN QUE LAS PRODUCE,
ASÍ COMO LA DETECCIÓN DE MUTACIONES EN LOS INDIVIDUOS. ADEMÁS, LA GENÉTICA DE
POBLACIONES SE HA CONVERTIDO EN UNA PARTE IMPRESCINDIBLE A LA HORA DE ESTABLECER
GENÉTICAMENTE UN DIAGNÓSTICO CLÍNICO CORRECTO.