El origen de la enfermedad- Dra. Maria Blasco Madrid - April 2014

El origen de la enfermedad

Grupo de Telómeros y Telomerasa

Centro Nacional de Investigaciones

Oncológicas (CNIO), Madrid, España

La “edad” del cáncer

40-50 años

El mayor factor de riesgo para desarrollar cualquier enfermedad

(incluido el cáncer) es el envejecimiento

El infarto de miocardio aumenta con el envejecimiento

La “edad” del infarto

40-50 años

El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer

El envejecimiento saludable es un de los

“grandes retos sociales” de la EU en Horizonte 2020

2009

65 años-> 17% de la población

(25% octogenarios)

2050 (proyección)

65 años-> 30 % de la población

(30% octogenarios)

Estudio de la Fundacion General del CSIC

Infancia/juventud/adulto envejecimiento

Cancer cardiovascular

diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

causa

consecuencia

intervenciones

terapéuticas

envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

Infancia/juventud/adulto

Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad

genética

ambiente

biomarcadores

para prevención

y diagnostico

hasta ahora futuro

Un cambio de paradigma

Linda Partridge

Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

Las causas del envejecimiento

telómeros telómeros

Cromosoma

(célula parental)

Los telómeros se acortan cada vez que nuestras células se dividen

“problema para copiar los extremos”

Pérdida de ADN de los extremos

Cromosoma

(célula hija #1)

Cromosoma

(célula hija #2)

Un gen embrionario llamado telomerasa es capaz de alargar los

telómeros en el estadío pre-implantacional, reseteando lo longitud de

los telómeros

Sin embargo, la telomerasa, se “apaga” al nacer… pero…

Las células cancerosas re-activan a la telomerasa, escapando así de la

mortalidad y convirtiendose en inmortales

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

genes telomeres

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

cell death

cell senescence

aging

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

genes telomeros

cancer

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

TTAGGG TTAGGG

AATCCC AATCCC

cancer (> 95% de los

cánceres activan

telomerasa)

high

Lo

ng

itu

d t

elo

méri

ca

enfermedad

salud

edad

Telómeros, telomerasa, y envejecimiento

Patología humanas debido a mutaciones en telomerasa

(“SINDROMES TELOMERICOS”)

dysqueratosis congenita (DKC1, Terc, Tin2)

anemia aplásica (Terc, Tert, Tin2)

fibrosis pulmonar (Terc, Tert)

atrofias digestivas (Terc,Tert)

Pérdida prematura de la capacidad regenerativa

de la piel, la médula ósea, el pulmón, el intestino…

Longitud telomérica=biomarcador de

envejecimiento

Percentiles bajos de longitud telomérica=

Mayor riesgo de enfermedad (cardiovascular,

neurodegenerativas, infecciones…)

Blackburn & Epel, Nature, 2012

La longitud de los telómeros es un reflejo de los estreses vitales

# Los hábitos de vida influyen la longitud de los telómeros: fumar, ejercicio, obesidad,

nurtricion

# El estres percibido acorta los telómeros en adultos (Epel et al., PNAS, 2004)

# El estres durante la infancia o el stress de la madre durante el embarazo acorta los

telomeros prematuramente (Shalev et al, Mol Psychiatry, 2012; Entringer et al., PNAS,

2011)

# Los desordenes de personalidad (bipolaridad) acortan los telomeros (Elvsashagen et

al., J. Affect. Disord., 2011)

Canela et al., PNAS, 2007

0 5 10 15 200

20

40

60

mean telomere length (kb)

freq

uen

cy

Mean TL

% Short telomeres

1) Obtaining blood sample (5 ml) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy

4) Capture of individual telomeres 5) Data processing 6) Data analysis

Desarrollo de una tecnología para medir los telómeros cortos

Canela et al., PNAS (2007)

HT-Q

FIS

H

Una metodología muy precisa para medir telómeros

Me

dia

n t

elo

me

re le

ng

th (

Kb

)

≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60

Age (years)

n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35

Q1 Q2 Q3 Q4

0

5

10

15

% s

ho

rt te

lom

ere

s (

<3

kb

)

≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60

Age (years)

n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35

0

10

20

30

40

50

60

Q5 Q6 Q7 Q8 Chen et al., Cell ( 2012)

Snyder tiene una mutación en telomerasa

Detección de los telómeros cortos…

Cardiovascular

(PESA, CNIC &

H.U. Salamanca)

Fertilidad

(IVI, Madrid)

Transtornos Bipolares

(Hospital de Oslo)

Toxicidad/eficacia tratamientos

cáncer

(Programa Clinico, CNIO)

Tolerancia a transplantes

(Hospital Clínic, BCN)

Cáncer de mama

(Consulta de cáncer familiar,

CNIO, Madrid)

SIDA

(Hospital Clínic, BCN)

Patologías asociadas a telomeros cortos

Análisis genéticos: los genes nos dicen

el riesgo de padecer enfermedades

HERENCIA

Longitud telomérica: indica el envejecimiento

celular

HERENCIA AMBIENTE

MEJOR PREDICCION DE

RIESGOS Y TIEMPO DE

APARICIÓN DE ENFERMEDAD

# el envejecimiento es el mayor factor de riesgo para la mayoría de la enfermedades

# la longitud telomérica integra factores genéticos y ambientales

DESARROLLO DE

NUEVOS TRAMAMIENTOS

PARA PREVENCIÓN

Longitud telomérica en medicina preventiva y personalizada

Cáncer familiar de mama y de ovario

BRCA1/BRCA2

BRCA1

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

BRCA2

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

BRCAX

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

Sporadic BC

Age (years)

Re

lati

ve

Te

lom

ere

len

gth

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

10 20 30 40 50 60 70 80

A C

B D

Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011

Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)

Los telómeros cortos indican un mayor riesgo de cáncer de mama y ovario

Predecir la longevidad

por la longitud de los

telómeros?

Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones

Vera et al., Cell Reports, 2012

Facial vein bleeding

0 5 10 15 200

20

40

60

mean telomere length (kb)

freq

uen

cy

Mean TL

% Short telomeres

1) Obtaining blood sample (300µl) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy

4) Capture of individual telomeres 5) Data processing 6) Data analysis

El primer estudio de telómeros longitudinal en mamíferos

Linear regression:

WT: Slope=-7.03 ± 1.24 kb/year

R2=0.31 (Quadratic: R2=0.34)

p<0.0001

TgTERT: Slope=-7.05 ± 1.60 kb/year

R2=0.22 (Quadratic: R2=0.30)

p<0.0001

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Age (years)

Me

an

te

lom

ere

len

gth

(kb)

Vera et al., Cell Reports, 2012

Los telómeros de ratón se acortan 100 veces más rápidos que los humanos

Humanos: 70 bps/año

Ratones: 7 Kb/año

Incre

ase

in t

he

% o

f

sh

ort

te

lom

ere

s (

pe

r m

on

th)

El aumento en el % de telómeros cortos predice la longevidad individual

0 50 100 150 200-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Lifespan (weeks)

WT: Slope=-0.005022 ± 0.002550

R2=0.2

p=0.06

TgTERT: Slope=-0.01267 ± 0.005604

R2=0.3

p=0.04

WT

TgTERT

WT

TgTERT

Cómo podemos revertir el envejecimiento?

Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

Modelos de ratón para demonstrar el papel de los telomeros en enfermedad

Blasco et al., Science (1995)

Blasco, Lee, et al., Cell (1997)

Lee, Blasco, et al., Nature (1998)

Ratones sin telomerasa (Terc-/-)

Disfunción de las células madre

Pérdida de la capacidad regenerativa

Enfermedades asociadas al envejecimiento

Menos cáncer

Inactivación de la telomerasa

González-Suarez et al., Nat Genet (2000)

Flores et al., Science (2005)

Ratones transgénicos para telomerasa (TgTERT)

Menos envejecimiento

Ligero aumento del cáncer

TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF (“triple”)

Menos envejecimiento & aumento del 40%

de la vida media

Activación de la telomerasa

Tomás-Loba et al, Cell (2008)

“Triple” Wild-type

González-Suarez et al., EMBO J. (2001)

Telomerase as an anti-cancer target (Imetelstat)

Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo y viven más

Supervivencia sin cáncer Supervivencia global

0

20

40

60

80

100

0 60 80 100 120 140 160 180

Sp53 (n=25) Triple (p=0.003; n=6)

su

rviv

al (%

)

age (weeks)

+50%

Control (n=25)

0

20

40

60

80

100

0 60 80 100 120 140 160 180

Sp53 (n=49)

Triple (p<0.001; n=12)

su

rviv

al (%

)

age (weeks)

+40%

Control (n=49)

0

20

40

60

n=25

n=6

p=0.003

0

20

40

60

n=49

n=12

p<0.001

Control Triple

Su

rviv

al

at

3 y

ea

rs (

%)

Control Triple

Su

rviv

al

at

3 y

ea

rs (

%)

Tomás-Loba et al., Cell (2008)

He

alth

sp

an

Coordinación neuromuscular

0

25

50

75

100

125

Éx

ito

(%

)

n=11

n=9

normal

p=0.02

n=8 n=10

TRIPLE

p=1

jóven (5-20 semanas) Viejo (116-160 semanas)

Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo

Tomás-Loba et al., Cell (2008)

Los ratones “triples” envejecen más lentamente

triple normal

Heath-span

Vida media (85 años)

Vida máxima (120 años)

superv

ivencia

edad

e n f e r m e d a d s a l u d

40 años

Heath-span

Vida media (115 años)

Vida máxima (120 años)

superv

ivencia

edad

intervención

en

fe

rm

ed

ad

s a l u d

80 años

Que pasaría si alargaramos el “health span” en humanos?

Terápia génica contra el

envejecimiento

Virus Adeno Asociados como vehículos

para activar a la telomerasa

1 año

AAV9-eGFP or

AAV9-mTERT

nacimiento muerte 2 años

5.0

AAV9-eGFP

Tail skin

Brain

Liver Lung Heart

Kidney

Muscle

AAV9-eGFP AAV9-mTERT

AAV9-mTERT

Tail skin

Brain

Lung Heart

Kidney

Muscle

3.0

p/sec/

cm^2/sr

x108

4.0

7.0

6.0

3.0

x108

4.0

5.0

7.0

6.0

p/sec/

cm^2/sr

3.0

6.0

4.0 x108

Liver

Terápia génica para activar la telomerasa en adultos

Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012

p= 0,03

~ 1 yr ~2 yr

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

p= 0,003

Fo

ld c

ha

ng

es

in

te

lom

era

se

ac

tivit

y

Lung

n=3

n=3

n=3

n=3

Rnase - + - - - + - - - + - - - + - - - + - - - + 1 3 5 5 Protein (mg) 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5

AAV9-mTERT #1 AAV9-mTERT #2 AAV9-mTERT #3 AAV9-eGFP #1 AAV9-eGFP #2

Pulmón (ratón de 2 años)

IC

3 3

3 months PI

Posible terápia para los síndromes teloméricos:

fibrosis pulmonar


Un solo tratamiento con AAV9-TERT reactiva telomerasa en adultos

osteoporosis

Grasa

subcutanea


Un solo tratamiento con AAV9-TERT aumenta el “health span”

0

20

40

60

80

100 n= 18

n= 6

n= 8

Tig

htr

op

e s

uc

ce

ss

(%

) n= 11

~1 yr

(6 months PI)

~1 yr

(11 months PI)

p= 0,4 p= 0,01

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

AAV9-

mTERT

AAV9-

eGFP

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la cordinación neuromuscular


13% median lifespan

20% maximum lifespan

AAV9-mTERT n=21

AAV9-eGFP n=12

V.I. – Viral injection

Control n=33

eGFP vs mTERT

p= 0,02 (Log Rank test)

Control vs mTERT


Weeks

Pe

rce

nt

Su

rviv

al

V. I. ~1 yr old group

24%

13%

24% median lifespan

13% maximum lifespan

Weeks

Pe

rce

nt

Su

rviv

al

V. I. ~2 yrs old group

13%

20%

eGFP vs mTERT


Control vs mTERT


AAV9-mTERT n=23

AAV9-eGFP n=14

V.I. – Viral injection

Control n=25

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT aumenta la vida media y máxima


0

20

40

60

80

100

7

21 Mic

e a

ffecte

d (

%)

AAV9-eGFP AAV9-mTERT

n= 26 n= 40

31

9

14

34

2

Histiocytic sarcoma

Adenoma

Lymphoma

Adenocarcinoma

p= 0,87

Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer


Boccardi & Herbig, EMBO Molecular Medicine, 2012

Tratamiento con AAV9-telomerasa aumenta el “health-span” y la longevidad


Infancia/juventud/adulto envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

acortamiento

telomérico

consecuencia

activación de

telomerasa

envejecimiento


diabetes

enfermedad renal

inmunosenescencia

neurodegeneration

etc…

Infancia/juventud/adulto

El acortamiento de los telómeros es una de las causas de la enfermedad

genética

ambiente

biomarcador

para prevención

y diagnostico

Potenciales usos terapéuticos de la activación de telomerasa

Síndromes Teloméricos

(fallo medular,

fibrosis pulmonar…)

Prevención de enfermedades

en individuos con telómeros cortos

(“sanos”, SIDA, cáncer…)

Enfermedades

asociadas al envejecimiento:

cardiovascular, diabetes,

neurodegenerativas…)

“Las edades del hombre”

Hans Baldung (aka “Grier”)

Museo del Prado

Longitud telomérica

“Saber” para prevenir

& diagnóstico precoz

TERT

Grupo de telómeros y telomerasa

Isabel L. Silanes

Aksinya Derevyanko Bruno Bernardes Christian Bär Juanma Povedano Mercedes Gallardo

Fabian Beier

Elsa Vera

Iole Ferrara

Alicia Lemus

Rosa Serrano Nora Soberon

Ben Kumfmüller Elisa Varela

Ianire Garrobo

Gina de Bonis Nani Marion Ralph Schneider

Maria Garcia Martina Stagno Miguel Foronda Paula Martinez Agueda Tejera

Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa

El origen de la enfermedad- Dra. Maria Blasco Madrid - April 2014

Health & Medicine

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