Introducción a las Bases Moleculares del SWH

Introducción a las Bases Moleculares delIntroducción a las Bases Moleculares del

Síndrome de Wolf-Hirschhorn

César Cobaleda

MADRID

1as Jornadas Médicas de la AESWH17-18 de Marzo de 2012

Getafe

Conjunto de signos y síntomas causados por la pérdida de material genético del brazo

Síndrome de Wolf-Hirschhorn (WHS)Conjunto de signos y síntomas causados por la pérdida de material genético del brazocorto (p) del cromosoma 4, y que se presentan fundamentalmente como alteraciones deldesarrollo y de la fisiología.

Hallazgos Clínicos Frecuenciag(% de pacientes afectados)

Rasgos faciales característicosRetraso en el crecimiento (pre y/o postnatal)Discapacidad intelectualHipotonía (bajo tono muscular)Poca masa muscular

>75%

Poca masa muscularConvulsiones y/o anomalías en el electroencefalogramaMalformaciones en el sistema nervioso centralProblemas de alimentaciónProblemas de sueñoCambios en la piel (hemangiomas, piel seca)Alteraciones del esqueletoAsimetría craneal y/o facialPtosis (párpados caídos)Dentición anormalDeficiencias en anticuerpos

50%‐75%

Defectos de audiciónDefectos de audiciónMalformaciones cardiacasDefectos en los ojos y/o el nervio ópticoLabio leporino / Paladar hendidoMalformaciones genitourinariasMalformaciones en el cerebro

25%‐50%

Movimientos estereotípicos (repetitivos: “lavado demanos”, rodar de cabeza)Anomalías en:‐ Hígado‐ VejigaI t ti

<25%‐ Intestino‐ Diafragma‐ Esófago‐ Pulmones‐ Aorta

El WHS es una enfermedad genética

Los cromosomas se identifican por su patrón de bandas

Cariotipo de un individuo sano: 46 cromosomas completos22 autosomas (por 2 copias de cada uno)= 44 autosomas +22 autosomas (por 2 copias de cada uno)  44 autosomas +2 cromosomas sexuales (XX en mujeres, XY en varones)= 2

El ADN contiene toda la información genética necesaria para construir y hacer funcionar el organismo

Los genes son secuencias de ADN que permiten sintetizar proteínas que realizan funciones específicas

-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxx-volveran-las-oscuras-golondrinas-xxxxxxx-por banda viento en popa a toda vela xxxxx volveran las oscuras golondrinas xxxxxxx

xxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañonesxxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañones

Los genes son secuencias de ADN que permiten sintetizar proteínas que realizan funciones específicas

-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxx-volveran-las-oscuras-golondrinas-xxxxxxx--recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx-recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx

La hibridación fluorescente in situ (FISH) permite identificar

las distintas porciones de los cromosomaslas distintas porciones de los cromosomas

La hibridación fluorescente in situ (FISH) permite identificar

las distintas porciones de los cromosomaslas distintas porciones de los cromosomas

xxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañonesxxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañones

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p p p g

y p g-recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx

FISH de todo el cariotipo: “spectral karyotype” (SKY)

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é i

-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxx-volveran-las-oscuras-golondrinas-xxxxxxx-

xxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañonesxxxx-en-un-lugar-de-la-mancha-de-cuyo-nombre-no-quiero-acordarme-xxxxxxxx-con-cien-cañones

material genético

por banda viento en popa a toda vela xxxxx volveran las oscuras golondrinas xxxxxxx-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxx-volveran-las-oscuras-golondrinas-xxxxxxx--recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx-recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é i

-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxxxxxxxxx-

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material genético

por banda viento en popa a toda vela xxxxxxxxxxxx-por-banda-viento-en-popa-a-toda-vela-xxxxxxxxxxxx--recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx-recuerde-el-alma-dormida-avive-el-seso-y-despierte-xxxxxxx-no-es-verdad-angel-de-amor-xx

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

La hibridación genómica comparativa en matriz (array-CGH) permite detectar pérdidas y ganancias muy pequeñas de

i l é imaterial genético

En el WHS hay una pérdida de material genético, de tamaño variable, del brazo corto del cromosoma 4

Vista por bandeado….

En el WHS hay una pérdida de material genético, de tamaño variable, del brazo corto del cromosoma 4

… y vista por FISH

La mitad de los casos de WHS se deben a translocaciones cromosómicas

La mitad de los casos de WHS se deben a translocaciones cromosómicas

La mitad de los casos de WHS se deben a translocaciones cromosómicas

La mitad de los casos de WHS se deben a translocaciones cromosómicas: TRISOMÍAS

Las translocaciones cromosómicas en el WHS son mucho más frecuentes de lo que se pensaba

Hasta la llegada de los estudios de array-CGH, los estudiosrealizados con FISH no permitían discriminar con precisión laextensión de las lesiones génicas, en muchos casos.

Así, hasta hace poco se pensaba que sólo un 15%-25% de los casosde WHS eran debidos a translocaciones, pero los estudios másde WHS eran debidos a translocaciones, pero los estudios másrecientes sugieren que ésta proporción puede llegar al 45-50%.

Este descubrimiento puede ayudar a entender mejor algunascaracterísticas del WHS.

¿Cuál es el mecanismo por el que la deleción en 4p causa los problemas que conforman el WHS?

Estudios de correlaciónEstudios de correlacióngenotipo/fenotipo

La totalidad de la información El conjunto de las características y genética que contiene un organismo.En el caso de los seres humanos, esta información se encuentra en el ADN l i l

rasgos observables de un organismo: forma, desarrollo, fisiología, comportamiento, etc. E l lt d d l i t ió tADN en los cromosomas, y es igual

en todas las células del organismo (excepto los gametos, en los que se reduce a mitad)

Es el resultado de la interacción entre el genotipo y el medio ambiente.

reduce a mitad)

Ejemplo de correlación genotipo/fenotipo: los rasgos faciales

-Muchos de los genes que regulan el desarrollo del cerebro participan también en la correcta formación detambién en la correcta formación de las estructuras del rostro.

-Esto explica el que, con mucha p q ,frecuencia, las discapacidades intelectuales vayan ligadas a rasgos faciales característicos.

-El estudio de la severidad de los cambios faciales, en relación con el genotipo de los afectados y su grado de discapacidad intelectual, podría permitir en el futuro “predecir” el

d d di id d ú lgrado de discapacidad según el genotipo o según el aspecto.

Ejemplo de correlación genotipo/fenotipo: los rasgos faciales

Los estudios de correlación genotipo/fenotipo ayudan a identificar las regiones génicas responsables de las características del WHS

WHSCR: regiones mínimas candidatas del WHS

El objetivo final es identificar qué partes del genoma (qué genes) son, al perderse, responsables de cada característica del WHS

ulsi

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Este tipo de estudios han permitido identificar varios genes candidatos a participar en el fenotipo del WHS

WHSCR: regiones mínimas candidatas del WHS

Los genes: las páginas del libro de instrucciones

-El genoma humano está compuesto por aproximadamente 2,860,000,000 “letras” de un código de 4 letras (A, C, G y T).código de 4 letras (A, C, G y T).

-Los genes son las partes del genoma que contienen las instrucciones para sintetizar pproteínas, que son las que “hacen el trabajo”.

-El genoma contiene “solo” 20-25.000 genes.

-El resto son secuencias reguladoras que controlan cómo y cuando se expresan los genes.

-Este control lo llevan a cabo las proteínas, que son sintetizadas por otros genes:

-Todos los elementos están profundamente interrelacionados

Los genes están interconectados a muchos niveles

Las alteraciones en un gen repercuten en cascada en todo el sistema

El desarrollo del organismo es enormemente complejo y está muy estrictamente regulado

El desarrollo del organismo es enormemente complejo y está muy estrictamente regulado

Desarrollo cardiaco

DESARROLLO CARDIACO: Programación genética

DESARROLLO CARDIACO: Diferentes tipos celulares del corazón

Las alteraciones en el desarrollo son tanto más graves cuanto más tempranas

Las regiones WHSCR están muy conservadas entre diferentes especies, lo que indica su importancia

Caballo

Vaca

Humano

Orangután

Rata

RatónRatón

Genes en las WHSCRs

-Son, en general, genes que codifican proteínas confunciones muy básicas dentro del organismo y susfunciones muy básicas dentro del organismo y suscélulas.

-Por ello, su falta afecta a numerosos órganos y tejidos.

-Dada su complejidad, la única manera de estudiarlos enDada su complejidad, la única manera de estudiarlos endetalle es utilizar modelos animales en los que seeliminan dichos genes.

Los ratones en los que se elimina gran parte de las WHSCRs presentan similitudes con el síndrome humano

Los ratones en los que se elimina gran parte de las WHSCRs presentan similitudes con el síndrome humano

PERO….

Al eliminar mucha información, esta aproximación no nos d t ll l h d d l t ( )detalla lo que hace cada uno de los componentes (genes):

HAY QUE ELIMINARLOS UNO POR UNO

WHSC1

-Se expresa en casi todos los tejidos, y durante el desarrollo.

E l l-Es un gen que regula la expresión de muchos otros genes.

-Además está implicado en los procesos de reparación del DNA: existen mecanismos en laDNA: existen mecanismos en la

célula que reparan los muchos daños que el DNA sufre cada día, y WHSC1 q p q , yes uno de los genes que participan en este proceso.

-Además de su potencial implicación en el WHS, este gen también está gasociado con un tipo de cáncer de células sanguíneas: el mieloma múltiple. En estos tumores, WHSC1 se encuentra sobreexpresado.

Los genes de la familia de WHSC1 son reguladores de otros genes y están implicados en muchas enfermedades

WHSC1 participa en la reparación del daño al DNA

Los ratones que carecen de una copia de Whsc1 tienen retraso en el crecimiento y anomalías cardiacas

LETM1

Se expresa en todas las células y la proteína que codifica parece ser-Se expresa en todas las células, y la proteína que codifica parece ser esencial para el funcionamiento de las mitocondrias, el orgánulo celular que controla el metabolismo energético de la célula.

-No existe modelo de ratón sin LETM1, pero en moscas en las que se disminuye mucho la cantidad de esta proteína se observan numerosas alteraciones del desarrollo: se piensa que la falta de LETM1 puede ser la principal responsable de las convulsiones y la falta de tono muscular en pacientes con WHS.pac e tes co S

MSX1

-Se expresa en una gran cantidad de tejidos durante el d ll b i idesarrollo embrionario.

- Participa en el desarrollo de muchos órganos y- Participa en el desarrollo de muchos órganos y estructuras.

Los ratones que carecen del gen Msx1 carecen de dientes, tienen paladar hendido y alteraciones en los huesos del oído

FGFRL1

-Fundamentalmente expresado en los tejidos esqueléticos.

-Es un receptor de señales reguladoras del crecimiento

Los ratones que carecen del gen Fgfrl1 tienen múltiples anomalías esqueléticas y nerviosas

FGFR3

-Es un receptor celular de factores de crecimiento.

Se expresa durante el desarrollo en muchas zonas de-Se expresa durante el desarrollo en muchas zonas de crecimiento del sistema nerviosos y de los huesos.

-Su falta es la responsable de la acondroplasia (enanismo) y otras alteraciones del desarrollo óseo y cartilaginoso.

-Su exceso está implicado en tumores humanos

Los ratones que carecen del gen Fgfr3 tienen múltiples anomalías esqueléticas y en el oído interno

¿Cómo puede la investigación biomédica ayudar a los pacientes con WHS?

-Los pacientes con WHS tienen sólo una copia de varios genes clave para el desarrollo y la fisiología del organismo.

-Se intentan buscar métodos que permitan aumentar la función de la copia del gen que todavía tienen:

+Aumentar la síntesis de las proteínas a partir del DNA.+Aumentar la estabilidad de las proteínas para interferir con su degradación.+Aumentar la actividad de las proteínas con fármacos específicos+Suplir su función con compuestos diseñados para ello+Suplir su función con compuestos diseñados para ello.

-Desafortunadamente, la mayor parte de los problemas asociados al WHS son ya irreversibles en el momento del diagnóstico.

-Pero no todos son incorregibles: convulsiones, deficiencias inmunes, etc… serán susceptibles en el futuro, no sólo de ser controlados sino potencialmente corregibles, aunque probablemente se precisarán tratamientos sostenidosaunque probablemente se precisarán tratamientos sostenidos.

-Para esto, antes tenemos que entender con precisión cómo los diferentes genes contribuyen a la enfermedad, de uno en uno y también de forma sinérgica.