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GENÉTICA MOLECULAR YPATOLOGÍA INFANTO-JUVENIL

III Congreso Internacional de Enfermería InfantilBilbao, 14-16-IX-2000

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Das gein ist ewig;denn GesetzeBewahren die lebendgen SchätzeAus welchen sich dach All geschmückt

El ser es eterno; existen leyes para conservarlos tesorosde la vida, de las cuales el Universoextrae su belleza.

Johann Wolfgang von Goethe JALTJALTJALTJALT

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• Ashanti DaSilva, primera paciente sometida a terapiagénica, con éxito, el 14 de setiembre de 1990.

• El equipo del Dr. MichaelBlaese, obtuvo también el mismo resultado con Cindy Cutshall, en los inicios de 1991

Inmunodeficiencia severa combinada por defectoen el gen de la adenosina deaminasa

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El Dr. Steven Rosemberg, de los NIH, pionero en la utilización de la TerapiaGénica en la inmunodeficiencia porcarencia de ADA

James D. Watson (1990):“ Nunca se encontrará un conjunto de libros de instrucción más importante. Cuando sean finalmente interpretados, los mensajes genéticos codificados dentro de nuestro ADN nos proporcionarán la última respuesta a los cimientos químicos de la existencia humana. No solamente nos ayudará a comprender cómo funcionamos los seres vivos sino que también nos explicará, a nivel químico, el papel de los factores genéticos en una multitud de enfermedades, como el cáncer, la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia que disminuyen la calidad de vida individual de millones de personas”

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Nuestro material hereditario

INDIVIDUO• 4x10-12 g ADN/célula : 400 g ADN/individuo• 46 cromosomas: longitud 2 m. • Diámetro núcleo celular: 2x 10 -6 m• La longitud total del ADN individual equivale a

� 500.000 vueltas a la Tierra� 50.000 veces la distancia Tierra-Luna� 150 veces la distancia Tierra-Sol

GENOMA• Enciclopedia de 23 volúmenes (cromosomas) de una me dia de 500 págs.• 10% de las páginas con entradas. El 90% restante, an uncios• Cada página con unas 100 entradas (genes): 100.000 g enes• Cada entrada (gen) una media de 3000 letras (pb)• Cada tres letras una palabra (aminoácido): media de 1000 palabras/entrada• Léxico: significado individual e integrado

DIMENSIONES EN EL GENOMA HUMANODIMENSIONES EN EL GENOMA HUMANO

TOTAL CROMOSOMA• 23 cromosomas• 3.000 centimorgans 130 centimorgans• 80.000 genes 2.000-5.000 genes• 3.000 millones p.b 130 millones p.b

BANDA• 50-100 genes• 3 centimorgans• 3 millones p.b.

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CONCORDANCIA DE SUSCEPTIBILIDADESEN HERMANOS IDÉNTICOS UNIVITELINOS

RASGO CONCORDANCIA

Sarampión 95 %Tuberculosis 74 %Diabetes mellitus 84 %Inteligencia 91 5

MODELOS BÁSICOS DEENFERMEDADES GENÓMICAS

TIPO EJEMPLODesorden cromosómico completo S. DownTranslocación ADN Linfoma BurkittAmplificación tripletes repetidos Distrofia miotónicaAlteraciones monogénicas

Autosómica dominantes E. HuntingtonAutosómica recesiva Fibrosis quísticaLigada a X Hemofilia A

Multifactorial Diabetes mellitusDesorden mecanismos protectores Cáncer colon hereditario

o de reparación no polipósicoDesordenes mitocondriales Encefalopatía familiar

mitocondrialJALTJALTJALTJALT

ANORMALIDADES GENÉTICAS CAUSANTESDE ENFERMEDADES

MACROANORMALIDADES

AFECTACIÓN ORIGEN/CAUSAS EJEMPLOS

Cromosomas Segregación cromosómica Turner; Downtotales en meiosis: monosomías,

trisomíasTranslocaciones Numerosos genes afectados:cromosómicas 1 ó 3 copias, en lugar de 2

Translocaciones Pérdida y yuxtaposición Leucemiasgénicas de porciones génicas: Linfomas

proteínas anormales

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LOCALIZACIONES Y EFECTOS POSIBLES

PROMOTOR• No transcripción ARNm• No reconocimiento por factores de transcripción• Id. Por ARN polimerasa• Alteración control transcripcional: expresión anormal en células o tejidos• Transcripción desde otros promotores: proteínas alteradasEXONES• Sustitución de un aminoácido por otro• Codón funcional cambia a codón terminación: proteína menor• Codón terminación cambia a codón funcional: proteína mayor• Eliminación/inserción de una base: cambio en pauta transcripción• Alteración lugar separación intrón/exón: transcripción secuencias

intrónicas como ARNm y formación proteínas aberrantes

MICROANORMALIDADES GÉNICAS. 1

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LOCALIZACIONES Y EFECTOS POSIBLES

INTRONES• Destrucción de lugares transición intrón/exón• Creación lugar corte anormal intrón/exón: transcripción de secuencias

intrónicas

EXTREMO 5-ARN NO TRADUCIBLE• Destrucción del lugar de reconocimiento del ribosoma

EXTREMO 3-ARN• Destrucción señal poliadenilación•Alteración elementos estabilidad ARNm: vida media alterada de proteínas

MICROANORMALIDADES GÉNICAS. 2

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PGH: METODOLOGÍAS

•MAPAS GENÉTICOS (balizado)•Uso de fragmentos polimórficos RFLP, secuencias tandem..•Distancias y situación medidos en centimorgan (ap. 1M p.b)

•MAPAS FÍSICOS•BAJA RESOLUCIÓN

•Cromosómicos•ADNc(exones)

•ALTA RESOLUCIÓN•Macrorestricción•Contigüiidad

•SECUENCIAS•INTEGRACIÓN

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EL SEGUNDO PROYECTOGENOMA HUMANO

PNS:POLIMORFISMO DE NUCLEÓTIDOS SIMPLESSON LOS MÁS FRECUENTES, AFECTANDO A UNA PA-

REJA DE NUCLEÓTIDOS•COMPARANDO CROMOSOMAS DE 2 INDIVIDUOS: 1

PSN POR CADA KILOBASE•ABUNDANTES, ESTABLES Y MUY DISTRIBUIDOS EN

GENOMA GLOBAL•FACTIBLE SU ANÁLISIS A GRAN ESCALA•FACILITARáN EL MAPEO DE CARACTERÍSTICAS

COMPLEJAS, COMO EL CÁNCERJALTJALTJALTJALT

DIFERENTES POSIBILIDADESDE LA TERAPIA GÉNICA

1. Del paciente: corrección de defectos en célulassomáticas

1. Germinal: la modificación será transmisible2. Ingeniería perfectiva: GH en niño de altura norma l3. Eugenésica: alterar o mejorar caracteres humanos

complejos como la personalidad o inteligencia

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TÉCNICAS DE TERAPIA GÉNICA

Tipo Descripción Características

Inserción Sin modificar el gen defectuoso, intro- Existen muchas posi-génica ducir en las células una nueva versión bilidades diferentes

normal del gen afectado aplicables a enferme-dades monogénicasrecesivas

Modificación El gen defectuoso se repara mediante Técnica prácticamentegénica una mutagénesis dirigida sin desarrollo

Cirugía El gen defectuoso se susutituye por En ratones, resultadosgénica por otro gen normal mediante un me- prometedores. No en

diante un mecanismo de recombina- humanosción homóloga

FORMAS DE TERAPIA GÉNICA

TIPO PROCEDIMIMIENTO EJEMPLOS

Ex vivo Extracción de células del paciente, Deficienc ia en

corrección del defecto génico en el ADA

laboratorio y reinserción en el orga-

nismo

In situ Introducción directa de los genes Fibrosis qu ística

terapéuticos en el órgano defectuoso Duchenne

Apoptosis antitumoral

In vivo Los genes terapéuticos se introducen Tumoresen vectores adecuados que alcancen a Hemofilialas células defectuosas Parkinson

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Terapia génica in vivoPaciente

Aerosol

Vía sistémica

Vía intramuscular

ADNLiposomasVectores virales

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Métodos físicos

•••• Microinyección : con cañones de balas de oro o tungsteno. Útil en

vegetales. Laborioso. Poco eficaz y rentable •••• Electroporación: Uso de campos eléctricos que afectan a las

permeabilidades de membranas. Poco eficiente •••• Microproyectiles

Métodos químicos

•••• Fosfato cálcico: Permeabiliza las membranas hacia el ADN. Poco

eficaz •••• Policationes •••• Lípidos •••• Liposomas: resultados interesantes •••• Membranas derivadas de eritrocitos

Vectores virales

•••• Retrovirus: Aplicable a células que se dividen. Relativamente más

eficaz. •••• Adenovirus, modificados para que no se dividan: En células que no

se dividen. Esperanzas en fibrosis quística. •••• Virus herpéticos

POSIBILIDADES DE INSERCIÓN GÉNICA

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Químicos

Biológicos

LiposomasFosfato cálcico

Microinyección

Electroporación

Bombardeo micropartículas

Retrovirus

Integración

Adenovirus

ADN

Métodos de introducción de ADN en células eucariotas .

Físicos

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REQUISITOS DE UNA ENFERMEDADGENÉTICA PARA SER OBJETO DE

TERAPIA GÉNICA

1. La enfermedad ha de ser suficientemente grave y no curable con otro tipo de terapia

2. El gen responsable tiene que estar perfectamente identificadoy clonado

3. Las células enfermas tienen que ser físicamente id entificadas4. En caso de terapia génica sustitutiva las células enfermas

tienen que ser fáciles de obtener, transducir y reintrodu cir enel organismo

5. La expresión del gen en las células ha de ser sufi cientementeintensa y duradera

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ENFERMEDADES CANDIDATAS A TERAPIA GÉNICA

Enfermedad Incidencia Gen Células

• Inmunodeficiencia baja ADA médula ósea ocombinada severa linfocitos T

• Talasemias beta 1:600 beta-globina médula óseade Hb

• Hemofilias A 1:10.000(v) Factor VIII hepatocitosfibroblastos

• Hemofilias B 1:30.000(v) Factor IX hepatocitosfibroblastos

• Fibrosis quística 1:3.000 CFTR pulmonares

• Distrofia muscular 1:10.000(v) Distrofin muscularesde Duchenne

•Hipercolesterolemia 1:500 Receptor he- hepatocitosfamiliar pático de LDL

PROPIEDADES DEL VECTOR IDEAL

• Especificidad hacia las células diana• No reconoble por el sistema inmune del paciente• De fácil producción, purificable y estable• Inocuo para el paciente y para el medio ambiente• Que exprese el gen durante el tiempo necesario,con una regulación adecuada

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LA NUENA GENÉTICA Y LA BIOMEDICINA

1. Conocer nuestros genes2. Pruebas genéticas

• Diagnóstico y seguimiento• Susceptibilidad a enfermedades• Relaciones sociales, legales y éticas

3. Terapias génicas4. Aplicaciones

• Nuevos fármacos• Farmacogenética individualizada• Vacunas genéticas

5. Orientación y consejoJALTJALTJALTJALT

LOS MICROCHIPS DE ADN• Centenares de miles de secuencias marcadoras

EST procedentes de unos 40.000 fragmentos de genes

• Discriminación entre los genes que son activos o inactivos

• Cuantificación de los genes que se muestran activos

• Enormes posibilidades diagnósticas• Seguimiento terapéutico a través de la evolución de

la expresión de los genes a lo largo de los tratamientos

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LA FARMACOGENÓMICA

• Utilización de los perfiles genéticos individuales• Mutaciones en genes. Algunas inactivan a medicame ntos:

gen CYP2D6 y el anelgésico codeína (que no se meta boliza a morfina)

• Sustancias que incrementan expresión de genes defectuosos: fenilbutirato sobre gen CFTR de fibros is quística. El aumento de los flujos de Cl - y H2O celulares disminuye la acumulación de fluídos en pulmón

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1865Genética La herencia y sus

mecanismos

1953

Genómica Los genesEstructural Funcional

> 2000

PROTEÓMICA Proteínas y enzimasEstructural Funcional

FUTURO PREVISIBLEAño 2 010� Análisis genético para unas 25 condiciones, incluyen do cáncer de colón� Posibilidades de terapia génica sobre algunas enferme dades genéticas� La mayoría de los profesionales de la salud involucra dos con la nueva

medicina� Gran polémica sobre derivaciones legales y éticas

• Año 2030� Se identifican gran parte de los genes relacionados c on el envejecimiento� Se puede realizar rutinariamente la secuencia genómica total individual a

un costo razonable� Desarrollo de un modelo informático global del comporta miento de las

células humanas

• Año 2040� Es normal el cuidado de la salud basado en el conoci miento genómico

individual� Se puede realizar con efectividad la medicina prevent iva individualizada� Se pueden detectar muchas enfermedades antes de que s e desarrollen los

síntomasJALTJALTJALTJALT

Albert Einstein, en“Mi visión del mundo”

La alegría de contemplar yconocer es el regalo más hermoso de la Naturaleza

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