Universidad Del Rosario Facultad De Medicina

Juliana Andrea Caicedo 5/1/2009

CARDIOPATÍAS Y SU ASOCIACIÓN CON MUTACIONES EN GATA4

RESUMEN

La región 3´- UTR mRNA contiene elementos reguladores que son esenciales para la apropiada

expresión de varios genes. Estos elementos reguladores están involucrados en el transporte nuclear

tanto en el estado de poliadenilación como blancos subcelulares, así como los índices de traducción

y degradación de mRNA. Es más, las mutaciones de la región 3´- UTR han sido asociadas con diversas

enfermedades, pero esta región no es revisada frecuentemente. Para obtener idea acerca de las

cardiopatías congénitas (CHD), se tiene que analizar los factores genéticos de trascripción cardio –

específicos, incluyendo GATA 4, el cual codifica para los factores de trascripción de dedos de zinc.

Las mutaciones germinales en la región codificante de GATA 4 han sido asociados con los defectos

en el septo del corazón humano, pero dichas mutaciones son raras. Anteriormente se han

identificado 19 derivaciones somáticas de las mutaciones de los dedos de zinc en tejidos enfermos

en corazones con malformaciones. Se continúo con la búsqueda en los 609 pb de la región 3´-UTR de

GATA 4 para explorar más vías moleculares que acarreen a las cardiopatías congénitas. Por

secuenciación directa, se analizó la región 3´-UTR de GATA 4 en DNA insolado de 68 corazones con

complejas malformaciones cardiacas que abarquen en defectos ventriculares, atriales y

atrioventriculares septales. También se analizó muestras de sangre de 12 pacientes con CHD y 100

individuos sanos no vinculados con la enfermedad.

INTRODUCCIÓN

Durante la última década, se ha acumulado evidencia de diferentes factores de transcripción

nucleares que participan en la regulación del desarrollo cardiaco y el crecimiento como también en

la hipertrofia y las fallas cardiacas. GATA 4,5 y 6 son factores de transcripción formados por dedos de

zinc que son expresados durante el desarrollo del corazón. Estos genes se continúan expresando en

los miocitos cardiacos adultos. GATA 4 y 6 regulan expresiones en genes cardiacos específicos

durante el desarrollo embrionario. GATA 4 es esencial para una adecuada morfogénesis cardiaca. El

soporte de esto, la mutación del gen GATA 4 o de sus cofactores ha sido asociada con cardiopatías

congénitas humanas. La activación de GATA 4 está sujeta a regulaciones tanto a nivel de expresión

como de modificaciones post- traduccionales de la proteína GATA 4. Un número de genes inducidos

durante la hipertrofia cardiaca tienen sitios funcionales de GATA en su región promotora, en la sobre

expresión de genes cardiacos específicos de GATA 4 o 6 inducen a una hipertrofia cardiaca. Además,

un grupo de interacciones entre GATA 4 y sus numerosos cofactores han sido identificados,

mostrando así una gran complejidad en los mecanismos de regulación relacionados a GATA 4.

Términos clave: factores de transcripción; región promotora; mutación, hipertrofia; morfogénesis;

sitio funcional; cofactor; dedos de zinc.

MARCO TEORICO

Los problemas cardiacos son un grupo de trastornos que ocurren cuando el corazón y los vasos

sanguíneos no están funcionando como deberían hacerlo lo cual puede ser en su gran mayoría

causado por componentes genéticos y ambientales. Varios estudios han demostrado, que en las

personas que sufren de una cardiopatía, existe una notable mutación genética en un gen específico,

lo cual lleva a una falla en el corazón. Se ha encontrado que las mutaciones en el gene regulador

GATA-4 del desarrollo, situado en el cromosoma humano 8p23.1-p22, puede ser responsable de

algunos casos de los defectos congénitos del corazón. (1)

Para determinar si el gen GATA-4 está implicado en las cardiopatías, se realizan estudios haciendo un

análisis de la asociación de una variante común GATA-4 que da lugar a una mutación en un

aminoácido luego del dedo de Zinc C- terminal, lo cual rompe la interacción con TBX5, que está

presente en varias complicaciones cardiacas.(2)

La familia de los factores de transcripción GATA consta de 6 proteínas (GATA 1-6), los factores GATA

1,2 y 3 son importantes reguladores de células hematopoyéticas y sus derivados (3)

Por otro lado los genes GATA 4,5 y 6 se expresan en varios tejidos del endodermo y el mesodermo

(4). Una característica muy importante de los factores GATA es un dominio de 2 dedos de zinc

adyacentes que dirigen la unión preferencial a la secuencia de nucleotidos (5´-(A/T)GATA(A/G)-3´)

del gen promotor (5). GATA 4 regula el desarrollo y la expresión de determinados tejidos. También,

durante el desarrollo embrionario y fetal podemos encontrar GATA 4 mRNA en el corazón, gónadas,

hígado, endodermo viceral y endodermo parietal (6). Cabe mencionar que GATA 4 es uno de los

primeros factores de transcripción que se expresan en las células cardiacas. Específicamente, GATA 4

mRNA puede ser detectado en etapas muy tempranas del desarrollo en el mesodermo precardiaco,

y tanto el gen como la proteína se encuentran durante la formación del corazón en el endocardio,

miocardio y mesodermo precardiaco(3,6). Grandes cantidades de GATA 4 mRNA continua siendo

expresado en miocitos cardiacos a lo largo de la vida del mamífero debido a razones no

especificadas. (7).

GATA-4 regula la expresión de un numero de genes de estructura cardiaca como son los a-myosina

de cadena pesada, troponina-c cardiaca, factor auricular natriuretico y péptido natriuretico del

cerebro, intercambiador cardiaco troponina-1 sodio/calcio, regulador cardiaco de la proteína

repetidora ankyrina, receptor adenosin A1, receptor muscarinic m2, y la miosina de cadena liviana

1/3 (8-9).

En los humanos han sido identificadas 4 mutaciones en el gen GATA 4 en familias con defectos

cardiacos congénitos (CHD). Una mutación en cualquier aminoácido luego del dedo de Zinc C-

terminal rompe la interacción con TBX5, la cual esta presente en el síndrome de Holt-Oram, sin

embargo, esto no significa que todas las personas con CHD tengan alguna alteración en GATA 4(10).

La región 3´UTR de GATA 4 es relativamente larga y contiene elementos esenciales para la

regulación y transcripción de mRNA. De hecho, hay evidencias de que esta región 3´UTR esta

implicada en el control de transporte nuclear y señalización celular, y un daño en esta región puede

llevar a la enfermedad (11). Un factor muy importante en la alteración de 3´UTR reconocido en los

tejidos de corazones enfermos es la alteración de la estructura secundaria del RNA(12). El resultado

de un RNA defectuoso transcrito de GATA 4 sintetizara seguramente una proteína aberrante, la cual

inducirá la enfermedad (CHD). GATA 4 se localiza en el cromosoma 8p23.1-p22, y consiste en 7

exones que codifican para una proteína de 442 amino ácidos. De estos exones, los números 3, 4, 6 y

7 se presentan con anomalías cardiacas o CHD.(1) Se han identificado hasta el momento 23

mutaciones en los exones 3 y 4 que afectan la conformación los dedos de zinc, en cuanto a las

mutaciones en los exones 6 y 7, se ha descubierto que afectan directamente a los aminoácidos 361,

377, 430, 432 y 442 en la región c- terminal de GATA4.(13-14)

Dentro de las diferentes alteraciones que se encuentran en las anomalías en la cardiogenesis

embrionaria del gen GATA 4, encontramos el defecto atrial del septo (15-16). Esta cardiopatía es una

de las más comunes entre todas presentándose entre 1 de cada 1000 nacimientos (17). Los

pacientes que padecen esta enfermedad tienen un promedio de vida de 45 años. Las causa genéticas

relacionadas con esta anomalía, se debe a una interacción entre el gen TBX5 y GATA 4, este ultimo al

estar mutado afecta la actividad cooperativa de estos 2 factores, los cuales por medio de un

complejo transcripcional podrían inducir a la malformación del septo atrial. (18-19)

Materiales y métodos

Se analizaron 68 pacientes caucásicos que presentaban complejas malformaciones cardiacas, 29 con

defectos ventriculares (VSD), 16 con defectos atriales (ASD), Y 23 con defectos atriventriculares

(AVSD). Análisis de corazones que habían sido implantados, los cuales fueron recolectados durante

los años 1954-1982 del instituto de anatomía, de la Universidad de Leipzig, Alemania. También se

analizaron muestras de sangre de 12 pacientes caucásicos con CHD, que presentaban VSD, ASD,

síndrome hipoplástico de corazón (HLHS), transposición de la gran arteria (TGA), entre otras, y

muestras de sangre de 100 individuos caucásicos saludable. A los pacientes que se les había operado

el corazón, los cuales presentaban CHD, se les tomo muestras del tejido dañado del septo, el cual fue

analizado. Del mismo modo se hiso con el tejido sano para investigar alteraciones en la secuencia.

Las mutaciones de la región GATA4 empiezan con un nucleótido A del primer codón ATG, mientras

que la región UTR fue sugerida a NM 002052(referencia de la secuencia de Gata4). El cambio de

nucleótidos de la región UTR e intronica fueron numerados de acuerdo a la nomenclatura sugerida.

La variación secuencial fue verificada por PCR, RFLP, o clonando genotipos de heterocigotos,

siguiendo la secuencia de clonación, permitiendo la identificación de las variantes de los alelos.

Resultados y discusión

Basándose en los artículos expuestos en el trabajo, hemos podido obtener como resultado final que

en los corazones con malformaciones genéticas existe una mutación en el gen GATA 4 ya que este es

esencial para lograr la apropiada morfogénesis del corazón en el desarrollo embrionario. Se han

encontrado nueve alteraciones en secuencias que se presentan con frecuencia en las personas con

problemas cardiacos, siete de estas mutaciones son causa de fallas en el plegamiento de ARN y

posteriormente se logró encontrar que otras cinco son mutaciones no sinónimas en los exones 6 y 7

de GATA 4.

Una de las enfermedades frecuentes causada por la sobreexpresión cardiaca especifica de GATA 4 es

la hipertrofia cardiaca y esta ha sido demostrada por medio de modelos que evidencian la función

reguladora que cumple GATA 4 en el corazón y como esta afecta el desarrollo hipertrofio cardiaco

gracias a las interacciones que hace con sus cofactores durante el desarrollo embrionario.

CONCLUSIÓN

Después de haber consultado distintos autores, hemos discutido sobre la importancia biológica que

subyace en la trascripción del gen GATA 4, y su papel fundamental en la cardiogenesis. Hemos

encontrado a lo largo de esta investigación que el gen GATA -4 pertenece a una familia de factores

de trascripción denominados GATA, que contienen dominio de dedos de zinc lo cual les permite

establecer uniones con elementos secuenciales de los genes promotores, y su regulación depende

de sus niveles de expresión de este gen y de las modificaciones post- traduccionales a la proteína

que codifica el mismo. Encontramos también en esta investigación, que las mutaciones que ocurren

en este gen pueden acarrear cardiopatías congénitas. Estas mutaciones se pueden dar en la región

UTR del gen, alterando la morfología del corazón.

BIBLIOGRAFÍA

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