Genética básica para el cardiólogo...

1Genética básica para el cardiólogo clínico – Módulo 8 – Fascículo Nº 2 – 2012

Genética básica para el cardiólogo clínicoDra. Marianna Guerchicoff LeMcke1 y Dra. aLejanDra Guerchicoff LeMcke2

1 Médica Cardióloga Pediatra Servicio de Cardiología Infantil, Hospital Italiano de Buenos Aires Transgenomic Argentina2 PhD. Adjunct Professor. Mount Sinai School of Medicine Clinical Laboratory Director, Cardiogenomics Program. New York University Clinical Laboratory Director, Cardiac Research Institute. Masonic Medical Research Laboratory Director of Clinical Trial Safety. Cardiovascular Research Foundation. New York

Contenidos

– Introducción a la genética en medicina

– El genoma humano. Aspectos generales

– Los genes, bases físicas y funcionales de la herencia

– ADN mitocondrial

– La estructura cromosómica

– Estructura y organización de los genes

– Los ácidos nucleicos: ADN y ARN

– Transcripción

– Control postranscripcional: splicing alternativo

– Traducción: síntesis proteica

– El proceso de postraducción

– Mutación y polimorfismo

– Mutación

– Polimorfismo

– Conclusión

– Lecturas sugeridas

Abreviaturas

A AdeninaADN Ácido desoxirribonucleicoARN Ácido ribonucleicoARNm Ácido ribonucleico mensajeroARNr Ácido ribonucleico ribosómicoARNt Ácido ribonucleico de transferenciaATP Adenosín trifosfatoC Citosina

G GuaninaHMG High mobility group (Grupo de alta movilidad)SNPs Single nucleotide polymorphisms (Polimorfismos de

nucleótido simple)SSRP Simple sequence repeat polymorphism (polimorfismo

de repeticiones de secuencia simple)T TiminaU Uracilo

Introducción a la genética en medicina_____________

La historia de la genética en relación con la me-dicina es uno de los campos más fascinantes de

la ciencia moderna. Su crecimiento durante el siglo xx ha sido realmente espectacular. Hacia el año 1900, los principios de las leyes de Mendel (1822-1884) eran “re-descubiertos”, las ideas

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evolucionistas de Darwin tomaban nuevo ímpetu, los cromosomas apenas podían identificarse y la genética molecular no existía en absoluto.

Con los años y los constantes avances cien-tíficos, la medicina genética, inicialmente una pequeña subespecialidad limitada a unas pocas y raras enfermedades hereditarias, se ha convertido en una reconocida especialidad médica cuyos con-ceptos y alcances son componentes importantes tanto del diagnóstico como del tratamiento de muchas enfermedades.

Este avance permanente encontró un punto de inflexión a comienzos del siglo xxi con la finali-zación del Proyecto Genoma Humano. El esfuerzo internacional permitió determinar el contenido completo del genoma humano, que se define como la suma total de la información genética de nuestra especie.

La información genética de nuestra especie está contenida en el ácido desoxirribonucleico (ADN). Conocer la secuencia completa del ADN permitió identificar los genes del ser humano, estudiar cómo estos genes pueden diferir entre distintas poblaciones y, sobre todo, determinar cómo y en qué medida las variaciones genéticas contribuyen a generar enfermedades.

Junto con otras importantes ramas de la me-dicina y la biología modernas, el Proyecto Genoma Humano representa una verdadera revolución que aporta nuevas herramientas diagnósticas, preventivas y terapéuticas de muchos trastornos basados en el conocimiento del genoma.

Existen alrededor de 30.000 a 35.000 genes en los seres humanos y se han descripto al pre-sente cerca de 6.500 enfermedades genéticas, de las cuales se conocen los genes responsables en aproximadamente 2.650 de ellas.

Una de las contribuciones más relevantes de la genética a la práctica médica son las pruebas genéticas, que proveen información diagnóstica del caso índice y colaboran en la estratificación del riesgo en muchas afecciones. Asimismo permiten el diagnóstico presintomático de otros miembros de la familia aún sin evidencia clínica de enferme-dad e incluso, en algunos casos, permiten realizar el diagnóstico prenatal.

En los últimos años, la medicina genética se ha vuelto parte de un campo más amplio conocido como medicina genómica, la cual busca aplicar el conocimiento de la estructura y el funcionamiento del genoma humano, la influencia e interacción del ambiente y otros modificadores –como drogas– sobre la expresión génica.

Las nuevas investigaciones de la biología celu-lar y molecular que surgen a partir de la genómica nos han permitido conocer que compartimos un gran número de genes con otros seres vivos (in-cluso con algunos evolutivamente distantes) como resultado de nuestra historia evolutiva.

Estudios experimentales en modelos en ani-males y bacterianos han permitido identificar muchos genes responsables de la generación o del desarrollo de enfermedades humanas. Así es como en muchos casos estos modelos nos han llevado a comprender las funciones normales y anormales de muchos genes, de sus productos proteicos y de sus funciones durante el desarrollo embrionario. Una publicación relativamente reciente muestra que más de las tres cuartas partes de los genes responsables de enfermedades humanas conoci-dos hasta el presente pueden encontrarse también en los genes de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster.

Debido a esta naturaleza “casi universal” del código genético (las bases químicas del ADN son las mismas para todos los organismos vivos, desde una bacteria hasta los mamíferos y las plantas) es que, entre otras tantas cosas, se pueden diseñar “fábricas bacterianas” para crear insulina, fac-tores de la coagulación y otras proteínas huma-nas con fines diagnósticos y fundamentalmente terapéuticos.

El diagnóstico del cáncer, por ejemplo, está siendo transformado por la genética con los nue-vos métodos que utilizan “micromatrices” (mi-croarray), ya que células cancerosas previamente indistinguibles por los métodos de diagnóstico convencionales tienen un patrón de expresión de genes totalmente distinto del de las células normales y, a su vez, un patrón de expresión de genes particular para cada tipo, lo cual determina un pronóstico diferente entre sí.

3Genética básica para el cardiólogo clínico

La farmacogenética y la terapia génica son dos de las aplicaciones más relevantes de la medicina genómica y sobre estos dos conceptos se sientan las bases de la creciente importancia de lo que conocemos como medicina personalizada.

La farmacogenética se basa en el conocimiento de cómo ciertas variaciones en el ADN de una persona en particular pueden afectar su respuesta a una droga determinada. El término proviene de las palabras farmacología y genómica, lo cual pretende representar que se ubica en la intersec-ción entre ambas. Mientras que tradicionalmente las decisiones terapéuticas se basan en la edad, el sexo, el peso y los estilos de vida, la farmaco-genética conlleva la promesa de que las drogas algún día puedan ser “diseñadas a medida” del perfil genético de cada paciente. Por lo tanto, la farmacogenómica persigue el fin de crear drogas con mayor eficacia y seguridad para cada uno de nosotros, para lo cual podría predecirse que la genotipificación de un individuo será parte del proceso de toma de decisiones de la prescripción.

En cardiología, por ejemplo, el clopidogrel es un agente químico que inhibe la agregación plaquetaria y se utiliza fundamentalmente en pacientes con enfermedad coronaria que requieren terapia anti-agregante para prevenir la recurrencia de eventos cardiovasculares. Se estima que el 27% de los pacien-tes candidatos a utilizarla no metabolizarán adecua-damente la prodroga clopidogrel. En los Estados Unidos, la Food and Drug Administration (FDA) ha obligado a etiquetar las cajas de clopidogrel con las siguientes advertencias: 1) Existen pacientes que no metabolizan adecuadamente la droga (in-capacidad de transformar la prodroga clopidogrel a su forma activa), llamados “metabolizadores pobres o débiles”; 2) Información para los médicos sobre la existencia de análisis genéticos que permiten identificar a estos pacientes y 3) Aconsejan a los médicos utilizar drogas o estrategias de dosificación alternativas en caso de identificar genéticamente a un paciente como metabolizador pobre.––––––––––––––––––––––––––––––––La farmacogenética busca determinar el efecto de variaciones en el ADN sobre la respuesta a una droga determinada.––––––––––––––––––––––––––––––––

Ahora bien, estos prometedores conceptos se acompañan también de ciertos interrogantes que constituyen los desafíos futuros que la genética debe afrontar. De esta forma, mientras en el horizonte se visualiza que el estudio del genoma completo de cada individuo (¡a sólo 1.000 dólares!) permitirá conocer su riesgo de padecer cualquier enfermedad, muchas pruebas genéticas aún deben recorrer un largo cami-no para su validación clínica. Asimismo, numerosos descubrimientos en el laboratorio deben “trasladar-se” a la práctica clínica y sobre todo los altos costos que algunos conllevan todavía fuerzan y forzarán discusiones éticas, socioeconómicas y hasta legales.

En cardiología, la mayoría de las pruebas genéticas disponibles en el mercado no son con-sideradas por los sistemas de salud como estudios de rutina y por lo tanto no las cubren.

En el presente capítulo se exponen algunos de los conceptos básicos más relevantes del fascinante mun-do de la biología celular y molecular, que crece sin cesar de la mano de los avances tecnológicos y se une cada vez más a la medicina, permitiendo comprender más y mejor los complejos mecanismos de producción de las enfermedades, identificar grupos de riesgo presinto-máticos (p. ej., las enfermedades hereditarias capaces de producir muerte súbita), estratificar el riesgo y definir las alternativas terapéuticas de los afectados, así como crear drogas más eficientes y seguras.

El genoma humano. Aspectos generalesEn 1827, el médico alemán Karl von Baer descubrió que los animales crecen a partir de ovocitos prove-nientes de los ovarios de la madre. La fecundación de un ovocito por células del esperma produce un cigoto: una célula única de apenas 200 mm de diámetro. Todo ser humano comienza como un cigoto, el cual posee las instrucciones necesarias para construir un cuerpo humano que contiene alrededor de 100 mil millones de células. La información de “cómo, cuándo y dónde” comienza o se detiene la continua proliferación y co-mienza la diferenciación en distintos tipos de células y tejidos está contenida y controlada por los genes.

Los genes, bases físicas y funcionalesde la herenciaEn términos moleculares, un gen se define como la secuencia completa de ADN necesaria para


la síntesis de un producto génico funcional. Los genes son las regiones del genoma que contienen información que codifica la construcción de pro-teínas o ácidos ribonucleicos (ARN) funcionales.

En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron que el ADN tiene una estructura tridimensional, formada por dos largas hebras helicoidales enrolladas alrededor de un eje común, que forman una doble hélice. Este descubrimiento abrió las puertas de la biología molecular moderna.

Las hebras de ADN están compuestas de nucleó-tidos, que a menudo son llamados “bases” (Figura 1).

Cuatro nucleótidos diferentes, adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G), son unidos entre sí mediante uniones químicas (puentes de hidrógeno) y a lo largo de un esqueleto de azúcar-fosfato. La información genética que lleva el ADN reside en su secuencia, es decir, en el ordenamien-to lineal de los nucleótidos a lo largo de la hebra.

El ADN genómico de nuestras células se localiza en el núcleo de éstas (Figura 2). Sin embargo, tam-bién existe una parte de nuestra información genética que se localiza en el citoplasma de las mitocondrias (véase ADN mitocondrial). Durante el ciclo celular llamado interfase, el ADN se encuentra en su forma no compactada “laxa” o cromatina, asociado con ciertas proteínas. La cromatina se distribuye de una manera relativamente homogénea dentro del núcleo celular cuando se observa con un microscopio.––––––––––––––––––––––––––––––––La información genética que lleva el ADN reside en el ordenamiento lineal de los nucleótidos a lo largo de la hebra.––––––––––––––––––––––––––––––––

A su vez, dentro del núcleo de cada célula, el ADN está unido a una familia de proteínas llamadas histonas y a otro grupo heterogéneo de proteínas llamadas no histónicas, que están mucho menos estudiadas y caracterizadas que las histonas, pero que parecen ser críticas para establecer un medio ambiente apropiado para el comportamiento normal de los cromosomas y de la expresión génica. A algunas de las proteínas no histónicas se las llamó proteínas HMG (high mobility group) porque muestran alta movilidad durante la separación electroforética. Cada com-plejo formado por el ADN y las histonas se llama nucleosoma que, a su vez, es la estructura básica

de la cromatina. En otras palabras, es la forma en la que el material genético se encuentra disperso en el núcleo durante la interfase celular (Figura 3).

Durante el ciclo de replicación celular, el ADN está intensamente plegado y compactado formando estructuras llamadas cromosomas (Figura 4). Los cromosomas, al igual que la cromatina, se llaman así porque pueden ser teñidos de diferentes colores y pue-den verse en el microscopio óptico y en el electrónico.

Fig. 1. Las cuatro bases químicas del ADN y la estructura general de los nucleótidos. Cada una de las cuatro bases se mantiene unida a través de puentes de hidrógeno y, a su vez, las cuatro bases están unidas a un esqueleto de azúcar-fosfato por medio de los grupos fosfato que forman cada nucleótido.

Fig. 2. El ADN se localiza dentro del núcleo celular.


Un hallazgo asombroso es que el ADN de una única célula humana mide aproximadamente 2 metros de longitud y debe ser contenido dentro de células con diámetros menores de 10 mm, lo cual implica una razón de compactación mayor de 105 de su longitud original. Hoy se sabe que la manera en que el ADN y las proteínas cromo-sómicas son empaquetados en los cromosomas durante el ciclo de replicación celular constituye un mecanismo importante de control de la ex-presión génica.

––––––––––––––––––––––––––––––––El ADN celular se encuentra altamente compac-tado y plegado. Durante la replicación forma cromosomas.

––––––––––––––––––––––––––––––––Los estudios de secuenciación de las bases o

nucleótidos del ADN revelaron que no todas las porciones de la hélice contienen información para generar un producto génico. En los seres humanos es sorprendente el hecho de que más del 95% del ADN no cumple una función codificante.

Las porciones de ADN que contienen informa-ción componen los genes, que tienen entre 5.000 y 100.000 nucleótidos de largo. La estructura genética consta fundamentalmente de dos regio-nes: una codificante, que especifica la secuencia de aminoácidos que contendrá la proteína y otra reguladora, que controla cuándo y en qué tipo de células se producirá la proteína.

Las células utilizan mecanismos complejos para convertir la información contenida en los genes en proteínas. A su vez, todos los organismos poseen formas de controlar cuándo y dónde trans-cribir sus genes. Por ejemplo, casi todas las células de nuestro cuerpo contienen un juego completo de genes, pero en cada tipo de célula sólo algunos de estos genes están activos o encendidos y son capaces de generar distintas proteínas. Muchas células pueden activar o reprimir genes específi-cos en respuesta a señales externas, adaptando su repertorio de proteínas para responder a las necesidades temporales y/o espaciales.

––––––––––––––––––––––––––––––––En el ADN existen porciones codificantes y otras reguladoras de la expresión génica.

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ADN mitocondrialUn pequeño grupo de genes humanos no se en-cuentra dentro del núcleo de celular, sino en el citoplasma de las mitocondrias. Es interesante que estos genes mitocondriales en su mayoría se heredan de la madre, ya que las mitocondrias se encuentran en el citoplasma de las células y es el óvulo femenino el que aporta al cigoto la mayor parte del contenido citoplasmático cuando penetra el espermatozoide. Sin embargo, una pe-

Fig. 3. Durante la interfase, cada molécula de ADN, asociada con proteínas, se encuentra en el núcleo de las células eucariotas for-mando fibras muy largas y finas. El conjunto de todas estas fibras constituye la cromatina.

Fig. 4. El ADN se condensa gracias a la acción de las histonas en el momento de la división celular.


queña proporción de las mitocondrias provienen del padre. A diferencia del ADN nuclear, que se organiza en cromosomas, las moléculas del ADN mitocondrial son circulares. Dentro de cada uno de los cientos de miles de mitocondrias que tiene nuestro organismo existe una molécula circular de ADN que contiene 37 genes que forman el cromo-soma mitocondrial. Los productos de estos genes se ubican dentro de la mitocondria y sus funciones están relacionadas con el metabolismo energético y la generación y producción del adenosín trifosfa-to (ATP) celular. Se han demostrado alteraciones en estos genes en numerosas enfermedades que se heredan por vía materna, aunque también en algunas enfermedades esporádicas.––––––––––––––––––––––––––––––––El ADN mitocondrial se hereda principalmente por vía materna y se organiza de manera circular.––––––––––––––––––––––––––––––––

Luego de esta breve introducción, en los apar-tados siguientes analizaremos con mayor profun-didad algunos de los aspectos sobresalientes del genoma humano.

La estructura cromosómica_____________

Cada cromosoma humano consiste en una doble hélice de ADN única y continua, asociada con ciertas proteínas, que se extiende o se repliega sobre sí misma, según el momento del ciclo celular. Es decir que cada cromosoma en el núcleo de una célula es una molécula larga y lineal de polinu-cleótidos agrupados en dos cadenas apareadas.

El estudio de los cromosomas, su estructura y su herencia se conoce como citogenética. La cien-cia de la citogenética humana moderna comenzó en 1956, cuando se estableció por primera vez que el número normal de cromosomas humanos es 46. Desde entonces hemos aprendido mucho acerca de los cromosomas humanos, su estructura normal, su composición molecular, las ubicaciones de los genes que contienen, así como sus numerosas variaciones y anormalidades.

Los ovocitos y los espermatozoides son las células germinales. Se llaman células haploides porque contienen 23 cromosomas, mientras que el resto de las células humanas son células somáticas

diploides, porque contienen 46 cromosomas (la mitad de ellos provenientes de la madre y la otra mitad, del padre, Figura 5).

Los 46 cromosomas están agrupados en 23 pares. De los 23 pares, 22 son iguales en los hom-bres y en las mujeres y son llamados autosómicos (soma: cuerpo). Se numeran de acuerdo con su ta-maño de mayor a menor (1 a 22, respectivamente). El cromosoma de menor tamaño es el número 21 y contiene aproximadamente 50 millones de pares de bases, mientras que el de mayor tamaño es el número 1 con casi 250 millones de pares de bases. El cromosoma 22 es el segundo más pequeño de los cromosomas humanos y fue el primero en secuenciarse completamente.

El par restante compone los cromosomas sexuales: dos cromosomas X en la mujer y un cromosoma X (idéntico en hombres y mujeres) y uno Y en los hombres. Los cromosomas X se transmiten de madres y padres a hijas e hijos, pero los cromosomas Y sólo se transmiten de padres a hijos varones.

Los cromosomas X e Y contienen genes dife-rentes. Si bien las mujeres llevan dos cromosomas X, uno de ellos se inactiva al azar mediante un proceso llamado lionización para dar por resulta-do un cromosoma X no funcional llamado cuerpo de Barr.

––––––––––––––––––––––––––––––––Los seres humanos tienen 46 cromosomas agrupa-dos en 23 pares: 22 autosómicos y un par sexual (XX en mujeres y XY en hombres).

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Fig. 5. La meiosis es un proceso de división celular en el cual una célula diploide (2n) experimenta dos divisiones sucesivas, con la capacidad de generar cuatro células haploides (n).


Los miembros de un par de cromosomas se denominan cromosomas homólogos, uno proviene del padre y otro de la madre y ambos llevan la misma dotación genética, es decir, ambos llevan los mismos genes, pero no necesariamente en un 100% la misma secuencia genética. De aquí la variabilidad entre los seres humanos.

La forma en la cual heredamos nuestros cromosomas nos provee “dos copias” de cada gen, cada una de ellas proveniente de cada uno de nuestros progenitores. Es por esto que dentro del reino de los seres vivos somos organismos diploides. Otros organismos más simples llevan sólo una copia de cada gen y son llamados orga-nismos haploides.

El cariotipo es el conjunto de cromosomas altamente condensados (esto se observa en la metafase del ciclo celular bajo el microscopio) y es característico de cada especie. Las especies que están relacionadas pueden tener cariotipos muy diferentes, lo cual muestra que información genética similar puede organizarse dentro de los cromosomas de manera muy diferente. En la Figura 6 se muestra un ejemplo de un típico cariotipo humano.

Cada especie tiene un cariotipo diferente y, por lo tanto, su propio “mapa genético”. Un mapa genético es el mapa de la localización de los genes dentro de los cromosomas y es característico de cada especie y, a su vez, de cada individuo dentro de su especie.

––––––––––––––––––––––––––––––––El cariotipo es diferente para cada especie y per-mite determinar un mapa genético.

––––––––––––––––––––––––––––––––Los genes están esparcidos a lo largo de todo

el genoma, pero se ha observado que tienden a agruparse en ciertas regiones y a presentarse relativamente dispersos en otras. En algunas regiones de los cromosomas la densidad génica puede ser muy alta, mientras que otras pueden ser muy pobres y son llamadas “desérticas”. En estas zonas existen millones de pares de bases sin ningún gen conocido. Algunos genes se organizan en “familias” de genes relacionados.

Los genes llevan la información que deter-minan las características físicas y funcionales de nuestro organismo, como el color de los ojos, la textura del pelo y el color de la piel. Los cromo-somas homólogos, como mencionamos, llevan la

Fig. 6. Representación de un cariotipo humano de bandeo G que muestra los cromosomas en metafase. En este gráfico los centrómeros de los cromo-somas se muestran con líneas punteadas separando los brazos p de q.


misma clase de genes con la misma información general. Sin embargo, algunas pequeñas porcio-nes de un gen en uno de los cromosomas pueden ser apenas diferentes de las mismas porciones en el gen correspondiente del otro cromosoma. Por ejemplo, en una parte del cromosoma hay un gen que lleva la información o codifica para la textura del pelo y tiene información para pelo lacio. En la misma porción del cromosoma homólogo también habrá un gen para la textura del pelo, pero puede llevar información para pelo ondulado. Estas dife-rencias están dadas por cambios en la secuencia de bases. La región del cromosoma donde se localiza un gen se denomina locus. Las diferentes formas o variantes de un gen (pelo lacio u ondulado, por ejemplo) se llaman alelos.

Los alelos son variantes genéticas que ocu-rren naturalmente. Los alelos son la base de la diversidad en la naturaleza y provocan que no seamos idénticos. Si bien los seres humanos com-partimos el 99% de nuestra información genética, hay aproximadamente un 1% que difiere entre los individuos. ––––––––––––––––––––––––––––––––Los alelos, variantes naturales de un gen, explican la diversidad dentro de la misma especie.––––––––––––––––––––––––––––––––

Como los organismos diploides contienen dos copias de cada gen, pueden tener formas alélicas idénticas o diferentes. Cuando los alelos son igua-les en ambos cromosomas se dice que un individuo es homocigoto para ese gen. Cuando los alelos son distintos se lo llama heterocigoto para ese gen.

Se denomina genotipo al conjunto particular de alelos de todos los genes de un individuo. En la práctica se utiliza este término sólo para de-nominar a los alelos particulares del gen o de los genes que se están estudiando, es decir, para una enfermedad determinada. En el laboratorio se llama tipo silvestre o wild type a las formas más frecuentes de alelos de un gen determinado y se utiliza como patrón normal para diferenciarlo de los alelos “mutados” o anormales. Ya que en los seres humanos existe una enorme variación alélica de manera natural, se llama wild type a los alelos que están presentes con mucha más frecuencia que otros para un gen determinado.

Los 46 cromosomas contienen aproximada-mente 30.000 a 40.000 genes formados por 6 mil millones de nucleótidos o bases y cada uno lleva un grupo de genes diferentes que se acomodan linealmente a lo largo de su ADN.

Ahora bien, ¿cómo pueden 6 mil millones de bases que se comportan como letras de un código digital formar y guiar la compleja anatomía y fisiología humanas y codificar más de cientos de miles de proteínas?

La respuesta reside en comprender la enorme expansión de la información que ocurre a medida que ésta se mueve desde los genes del genoma hacia las proteínas que forman el proteoma. El proteoma orquesta y dirige las estructuras y las funciones de las células, de los órganos y del cuerpo completo, así como sus interacciones con el medio ambiente.

––––––––––––––––––––––––––––––––Los genes son secuencias de ADN que codifican proteínas, que son las encargadas de dirigir las funciones celulares.

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Estructura y organización de los genes_____________

Los ácidos nucleicos: ADN y ARNHemos visto cómo la información del ADN está organizada en unidades hereditarias llamadas ge-nes y que en ellos se encuentra la información quí-mica para determinar la estructura y la función de todas las proteínas. Ahora bien, ¿cómo llega la información del ADN a transformarse en una proteína? Esto se logra mediante dos complejos mecanismos llamados transcripción y traducción. Durante este proceso la información contenida en el ADN es copiada a otro ácido nucleico llamado ARN y luego la información es traducida a pro-teínas por medio del código genético.

Este concepto, ADN→ARN→proteína, también conocido como “dogma central” de la biología permitió comprender y sentar las bases de la biología molecular. Hoy se sabe que, si bien es cierto en términos generales, este dogma es sólo una simplificación del intrincado proceso de la expresión génica, el cual conlleva cientos de complejos mecanismos intermedios para asegurar un copiado exacto de los genes.


Químicamente, el ADN es una macromolé-cula, es decir, un polímero lineal compuesto por monómeros o nucleótidos. Como ya mencionamos, en el ADN sólo existen cuatro nucleótidos: A, G, C y T. Estos nucleótidos son bases nitrogenadas unidas a un azúcar de cinco carbonos que posee un grupo fosfato unido al carbono 5´ en un extremo y en el otro extremo contiene un grupo hidroxilo unido al carbono 3´. En el ADN el azúcar es des-oxirribosa (véase Figura 1).

El ARN es muy parecido al ADN desde el punto de vista químico. Sus nucleótidos son A, G, C y uracilo (U). El azúcar en el ARN es ribosa, de allí que se denomine ácido ribonucleico.

El ARN es el encargado de llevar la informa-ción obtenida de la replicación del ADN desde el núcleo de la célula hacia el citoplasma, donde finalmente se sintetizarán las proteínas.

Si bien las estructuras primarias del ADN y el ARN son bastante similares, sus conformaciones tridimensionales son bastante diferentes, lo cual permite explicar las diferencias críticas en las fun-ciones de los ácidos nucleicos.

En la estructura anatómica del ADN está contenida la información química que permite la transmisión exacta de la información genética de una célula a sus células hijas y, por lo tanto, de una generación a la siguiente. La molécula de ADN de doble hélice o bicatenaria recuerda una “escalera espiralada” en la cual los nucleótidos o bases de cada hebra están unidos por “escalones” compuestos por puentes de hidrógeno formando pares de bases entre las dos cadenas. La A siem-pre está unida a la T y la G siempre está unida a la C. Esto se denomina complementariedad de pares de bases, A-T y G-C, y es consecuen-cia entre otras cosas del tamaño, la forma y la composición química de las bases. Debido a esta naturaleza complementaria de las cadenas del ADN, conocer la secuencia de una sola permite inferir automáticamente la secuencia de bases de la otra cadena.––––––––––––––––––––––––––––––––En el ADN, los nucleótidos de las dos hebras se unen entre sí por complementariedad de pares de bases: A-T y G-C.––––––––––––––––––––––––––––––––

A diferencia del ADN, el ARN es una cadena simple que presenta diferentes conformaciones tridimensionales. Esto permite que existan distin-tos tipos de ARN que cumplen, a su vez, diferentes funciones dentro de la célula.

TranscripciónDurante la transcripción, una cadena de nucleóti-dos del ADN funciona como molde y permite que los nucleótidos sean copiados de manera idéntica a una molécula de ARN. Se forma entonces una cadena de ARN complementaria al ADN patrón. La transcripción es un proceso complejo cuyos detalles exceden los alcances de este capítulo, por lo cual sólo lo describiremos de manera abreviada.

Una enzima, la ARN polimerasa, inicia la transcripción en un sitio del ADN de doble cade-na llamado promotor, ayudada por otros factores proteicos llamados factores de transcripción; la ARN polimerasa disocia las dos cadenas de ADN e inicia el copiado y determina la velocidad de la transcripción. El proceso finaliza en un sitio específico.

––––––––––––––––––––––––––––––––Durante la transcripción, la ARN polimerasa co-pia una cadena de ADN a un pre-ARN mensajero.

––––––––––––––––––––––––––––––––El ARN recién transcripto o transcripto pri-

mario es también llamado pre-ARN mensajero (pre-ARNm) y, como ya vimos, durante la trans-cripción una cadena de ADN funciona como molde determinando el orden de los nucleótidos para formar la cadena complementaria de ARN, que es idéntico salvo que en el ARN el U reemplaza a la T sólo presente en el ADN.

Existen tanto activadores como represores de la transcripción y estos factores representan los diversos mecanismos de control que activan o reprimen la expresión de genes que codifican proteínas.

Hoy se conocen más de 2.000 activadores y represores. Esto representa un hecho funda-mental, ya que la combinación de estos factores es responsable en parte de la enorme diversidad tanto estructural como funcional que cada orga-nismo presenta a lo largo de su evolución. ¿Qué es lo que “enciende” o “apaga” un gen? ¿Por qué


algunos genes son transcriptos a grandes velo-cidades y cantidades, mientras que otros lo son lentamente y en menor cantidad? Todavía queda mucho por descubrir.

Estos procesos son específicos de cada tipo celular. Es sorprendente la enorme coordinación de los múltiples procesos que deben producirse para lograr la expresión correcta de un gen par-ticular. De hecho, la expresión de un gen sólo se realiza cuando se activa el conjunto de factores activadores que controlan a ese gen. Por ejemplo, hay factores activadores que sólo se expresan en el aparato digestivo, pero unidos a otros factores pueden activar otros genes de otras células del organismo. La cadena es intrincada y hoy se sabe que errores en este proceso se asocian con enfermedades.

En general, la decisión de “iniciar” la trans-cripción de un gen que codifica una proteína en particular es el mecanismo principal de regula-ción para controlar tanto la producción como la velocidad de transcripción de esa proteína. A su vez, cuando la expresión de un gen es reprimida, el ARNm y la proteína correspondiente son sin-tetizados a baja velocidad o no son sintetizados en absoluto.

Uno de los aspectos más relevantes y prome-tedores del mayor entendimiento del control de la expresión génica es la posibilidad de controlar la expresión de genes terapéuticos introducidos o activados en el genoma de un individuo mediante vectores de terapia génica.

Control postranscripcional: splicing alternativoEl ARN transcripto a partir de la cadena de ADN sufre varias modificaciones. Mencionaremos bre-vemente las más importantes.

Los mecanismos que regulan este proceso se denominan control postranscripcional de genes. Todos estos procesos tienen lugar en el núcleo de la célula y preparan al ARN naciente para ser transportado al citoplasma donde tendrá lugar la síntesis proteica, es decir, el ARN resultante será traducido al lenguaje de los 20 aminoácidos que forman todas las proteínas (véase más adelante)

Los factores de procesamiento del ARN cortan y ensamblan distintas partes de este ARN prima-

rio para formar un producto nuevo o ARNm: ARN mensajero funcional que viajará al citoplasma celular.

Cuando los investigadores compararon las se-cuencias de nucleótidos de los ARNm funcionales con las secuencias originales de nucleótidos de la cadena de ADN patrón, observaron que la se-cuencia de bases en el ARNm estaba “partida”, al compararla con la secuencia de la cadena de ADN correspondiente. Esto llevó a la comprensión de que en los genes existen porciones o secuencias de bases codificantes separadas por otras (que no se observan luego en el ARNm final) que no cumplen una función codificante. Las regiones codificantes se denominan exones y las no codifi-cantes, intrones.

Es decir, la larga cadena inicial de ARN copia-da del ADN tiene que ser cortada y pegada nueva-mente separando las porciones no codificantes y uniendo luego las codificantes. Los intrones, por lo tanto, representan regiones que no serán “tra-ducidas”. Los intrones se encuentran diseminados entre los exones (Figura 7).

Cabe mencionar que la longitud promedio de un exón en el genoma humano es de 150 bases y la longitud promedio de un intrón es mucho mayor, de cerca de 3.500 bases.

Durante el proceso de formación de un ARNm funcional se eliminan los intrones y se ensamblan los exones.

Existe un grupo específico de proteínas llama-das proteínas SR que regulan el corte y el ensamble de los exones. Mutaciones aunque sea en tan sólo un par de bases en los genes que codifican estas proteínas dan por resultado cortes y ensambles defectuosos y, por lo tanto, productos de ARNm con exones truncados o duplicados y son la causa de muchas enfermedades genéticas. He aquí un nuevo sitio de producción de enfermedades en el complejo proceso de creación de un individuo.

Por otro lado, el producto de la mayoría de los genes es una proteína cuya estructura básica-mente determina su función particular dentro de la célula. Si existiera una simple correlación 1:1 entre genes y proteínas, un ser humano debería tener al menos 35.000 proteínas distintas. Esta cantidad es totalmente insuficiente para explicar


el origen de las más de 100.000 proteínas diferen-tes conocidas en el ser humano necesarias para formar y hacer funcionar el organismo. ¿Cómo se explica, entonces, este dilema?

La explicación a este dilema reside en dos aspectos fundamentales de la estructura y la función de los genes.

Primero, los científicos han descubierto que muchos genes son capaces de generar más de una proteína funcional. Este proceso se lleva a cabo mediante un proceso de corte y empalme alterna-tivo del ARNm, también conocido como “splicing alternativo”.

Al poder cortar y empalmar distintos exo-nes en forma alternativa, el ARNm formado a partir de un único gen incrementa de manera exponencial la cantidad de proteínas que pueden ser sintetizadas por un único gen. Como puede deducirse, cada proteína estará formada por una combinación única y diferente de exones (véase

Figura 7). Recientemente se ha postulado que casi el 60% de todos los genes humanos se expresan como ARNm que proviene del proceso de corte y empalme alternativo.

De hecho, se ha estimado que los 35.000 genes humanos pueden codificar tanto como un millón de proteínas diferentes.

––––––––––––––––––––––––––––––––Cada proteína está formada por una combinación única de exones por medio del proceso de splicing alternativo.

––––––––––––––––––––––––––––––––Este proceso permite la increíble amplifica-

ción de la información contenida en el genoma humano. Sin embargo, estos hallazgos por sí solos representan apenas una insinuación de los enormes niveles de complejidad que son necesarios para “decodificar” esta información digital.

Además, cada proteína individual no funciona “por sí misma”. Ellas forman una compleja red que responde de una manera coordinada a muchos factores diferentes no sólo genéticos, sino tam-bién a múltiples señales que provienen del medio ambiente. Esta naturaleza “combinada” de las redes genéticas provee una mayor diversidad de expresión, función y respuesta al medio ambiente de los organismos.

Traducción: síntesis proteicaUna vez en el citoplasma, el ARNm es traducido a una proteína mediante la acción de varias molécu-las de ARN llamado ARN de transferencia o ARNt. Cada molécula específica de ARNm transporta la información genética transcripta a partir del ADN bajo la forma de secuencias de tres nucleótidos, llamados codones, cada uno de los cuales especifica un aminoácido en particular (Figura 8).

Las moléculas de ARNt tienen la función de transportar y unir los aminoácidos a la cadena patrón de ARNm. Cada aminoácido particular, entonces, corresponde a un codón formado por tres bases. Para cualquier posición, existen cuatro bases para combinar de a tres: A, T, C o G; por lo tanto, para tres bases hay 64 tripletes de combi-naciones. Estos 64 codones o tripletes constituyen el código genético (Figura 9).

Fig. 7. La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cual se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína, a través de di-versos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero. El ARN mensajero mantiene la información de la secuencia del ADN. De esta manera, la transcripción del ADN también podría llamarse síntesis del ARN mensajero.


Como sólo existen 20 aminoácidos y 64 codo-nes posibles, la mayoría de los aminoácidos son especificados por más de un codón; es por esto que al código genético se lo llama “degenerado”.

Por ejemplo, los aminoácidos leucina y argini-na son especificados, cada uno, por seis codones diferentes. Sólo la metionina y el triptófano son especificados por un único codón. Tres de los co-dones son llamados de terminación y al llegar a estos codones se termina la traducción.

Finalmente, la síntesis proteica se lleva a cabo en los ribosomas mediante el ARN ribosómico o ARNr, que tiene la función de unir los aminoáci-dos para formar las cadenas polipeptídicas a una velocidad de tres a cinco aminoácidos agregados por segundo. Esto significa que algunas proteínas pequeñas pueden formarse en menos de un minu-to, mientras que las más grandes pueden tardar hasta tres horas.

El complejo proceso de traducción, al igual que el de transcripción, consta de tres etapas, es decir, iniciación, elongación o copiado y terminación. Este proceso se lleva a cabo en los ribosomas que contienen ARN y proteínas y está controlado por factores de traducción. Los ribosomas son las “fá-bricas de proteínas” de la célula, es decir, son las estructuras donde se sintetizan las proteínas, la cuales permiten que todos los elementos se junten en un medio propicio aumentando enormemente la eficiencia del proceso.

El proceso de postraducciónMuchas proteínas exhiben complejas modifica-ciones luego de haber sido traducidas a partir de las cadenas de ARNm. La cadena polipeptídica formada a partir del ARNm como producto pri-mario es doblada y plegada y convertida en una estructura tridimensional determinada siempre por la secuencia primaria de aminoácidos. Las cadenas polipeptídicas productos del mismo gen o de genes diferentes pueden combinarse para

Fig. 8. La traducción es el paso de la información transportada por el ARN mensajero a proteína. La especificidad funcional de los poli-péptidos reside en su secuencia lineal de aminoácidos que determina su estructura primaria, secundaria y terciaria. Los aminoácidos libres que hay en el citoplasma tienen que unirse para formar los polipépti-dos. La secuencia lineal de aminoácidos de un polipéptido depende de la secuencia lineal de ribonucleótidos en el ARN que, a su vez, está determinada por la secuencia lineal de bases nitrogenadas en el ADN.

Fig. 9. El código genético es un conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (secuencias de ami-noácidos) en las células vivas.


dar por resultado un complejo polipeptídico. A su vez, los productos proteicos primarios pueden ser modificados químicamente mediante, por ejemplo, la adición de grupos fosfato y de carbohidratos en determinados sitios. Otras modificaciones pueden involucrar clivajes en ciertos puntos de la proteína que se producen una vez que la proteína “llegó a su lugar”, es decir, una vez que la proteína se ubicó en su punto correcto para funcionar dentro de la célula o bien algunas proteínas pueden ser divididas en cadenas más pequeñas luego de que cumplieron una función particular.

Todas estas modificaciones tienen una in-fluencia significativa en la función de muchas proteínas. Errores en este tipo de procesos se asocian potencialmente con enfermedades.

Como se puede apreciar, tanto la expresión como la regulación de la expresión de los estimados 35.000 genes del genoma humano comprenden un complejo conjunto de interrelaciones entre diferen-tes niveles de control, que incluyen la estructura génica, la cantidad de genes (controlada por los procesos de replicación de los cromosomas), así como los procesos de transcripción, traducción y procesamiento de los productos proteicos.

Para algunos genes, las fluctuaciones en los niveles de sus productos funcionales debido tanto a factores genéticos hereditarios o bien a cambios inducidos por factores no genéticos como la dieta o el medio ambiente tienen relativamente poca importancia. Al contrario, para otros genes, cam-bios en el nivel de su expresión génica, aunque pequeños, pueden tener consecuencias clínicas directas, reflejando la importancia de sus produc-tos génicos en alguna vía metabólica particular.

Mutación y polimorfismo_____________

En la práctica clínica, el principal desafío de la genética consiste en determinar el papel que las variaciones genéticas tienen en la predisposición a padecer una enfermedad determinada, modificar su evolución o bien ser su causa directa. Virtual-mente cualquier enfermedad es el resultado de la acción combinada de los genes con el ambiente; sin embargo, el papel relativo del componente genético puede ser muy grande o muy pequeño.

Dentro de las enfermedades que se sabe que son producidas total o parcialmente por factores genéticos se reconocen tres grandes grupos: las alteraciones cromosómicas, las alteraciones monogenéticas y los trastornos multifactoriales.

En las alteraciones cromosómicas el defecto es causado por cambios de un segmento cromo-sómico que en algunos casos, con dependencia de la longitud del defecto, puede involucrar un grupo importante de genes. Un claro ejemplo de esto es la alteración cromosómica en la cual se observa una copia extra de un cromosoma, como el cromosoma 21, lo cual produce el síndrome de Down, aunque todos los genes que se encuentran dentro de los 3 cromosomas 21 sean normales. En conjunto, las alteraciones cromosómicas son defectos frecuentes que se presentan en aproxi-madamente 7 por 1.000 recién nacidos vivos y son la principal causa de abortos espontáneos durante el primer trimestre de gestación.

Las alteraciones monogenéticas son causadas por variaciones en un gen individual. Estas va-riaciones en los genes que se asocian con ciertas enfermedades se denominan mutaciones. Las mu-taciones pueden estar presentes en un solo alelo del gen de uno de los dos cromosomas que forman el par (asociado, por lo tanto, con otro cromoso-ma con genes con alelos normales o wild type) o bien estar presentes en los dos alelos del par cromosómico. La tasa de mutación en los genes mitocondriales es significativamente menor que en los genes nucleares. Sin embargo, en cualquier caso, una mutación representa un error crítico de la información genética llevada por un único gen.

Algunos ejemplos conocidos de enfermedades monogenéticas son el síndrome de Marfan y la fi-brosis quística, que muestran en general patrones de herencia con un pedigrí característico. Si bien la mayoría de estas enfermedades no son muy frecuentes, con una incidencia estimada de 1 en 500 a 1.000 individuos, estos defectos afectan en conjunto a casi un 2% de la población.

En un estudio pediátrico que incluyó más de 1 millón de recién nacidos vivos, la incidencia de enfermedades monogenéticas graves se estimó en 0,36%, y entre los pacientes hospitalizados la incidencia trepó al 6-8%.


Los trastornos considerados actualmente como de herencia multifactorial son responsa-bles de la mayoría de las enfermedades, todas las cuales tienen una contribución genética. Esto se puede evidenciar en el riesgo aumentado de recurrencia de una enfermedad determinada en los familiares de un miembro afectado o cómo se manifiestan ciertas afecciones en gemelos idénticos y que muestran patrones de herencia familiar que no concuerdan con los observados en los trastornos monogenéticos.

Estas enfermedades multifactoriales incluyen todos aquellos defectos congénitos que derivan en malformaciones como las cardiopatías congénitas, así como otras enfermedades que se manifiestan en la vida adulta como la diabetes, la hipertensión arterial o el Alzheimer.

En todos ellos no parece posible identificar un error único en un gen particular. Es más, la enfermedad en muchos casos es el resultado de alteraciones en uno, dos o más genes, las cuales en conjunto pueden producir o predisponer a un defecto serio, a menudo acompañado por factores ambientales. El impacto estimado de las enfer-medades consideradas multifactoriales tiene una variación dependiente de la edad que va desde el 5% en la población pediátrica a más de del 60% en la población general.

Algunas diferencias en las secuencias del ADN tienen un efecto mínimo o ningún efecto tanto para producir enfermedades como diferencias de caracteres físicos o fisiológicos, mientras que otras diferencias son directamente responsables de pro-ducir una enfermedad. Entre estos dos extremos están las variaciones que hacen que tengamos cuerpos distintos, intolerancias alimentarias, respuestas diferentes frente a las mismas drogas o incluso reacciones adversas a ellas, susceptibi-lidad a las infecciones, predisposición al cáncer y tal vez también las diferentes personalidades, el talento artístico o las aptitudes atléticas.

Uno de los conceptos más importantes de la genética humana y de la medicina genética es que las enfermedades genéticas son sólo la más obvia y en general la manifestación más extrema de las diferencias genéticas. Representan así un final en un continuum de variaciones que se

extiende desde las raras variaciones que causan enfermedades, pasando por las variantes comunes que pueden aumentar la susceptibilidad a padecer enfermedades, hasta las variantes más frecuentes que se presentan en la población general y que se sabe que no son relevantes para la producción de ninguna enfermedad.

MutaciónUna mutación se define como un cambio en la secuencia de nucleótidos en el ADN, cuya asocia-ción con una enfermedad ha sido clínicamente validada mediante estudios poblacionales y de investigación médica.

Las mutaciones pueden ocurrir espontánea-mente durante los diferentes procesos de repli-cación del ADN o ser consecuencia de factores externos como radiaciones, agentes químicos o farmacológicos que afectan en especial el proceso de “copiado” del ADN.

Las mutaciones pueden clasificarse en tres categorías (Cuadro 1): 1) mutaciones que afectan el número de cromosomas de la célula, llamadas mutaciones genómicas, 2) mutaciones que alteran la estructura de los cromosomas individuales o mutaciones cromosómicas y 3) mutaciones que alteran genes individuales o mutaciones génicas.

En el Cuadro 2 se detallan los tipos de muta-ciones y el porcentaje estimado de enfermedades que producen.

Las mutaciones genómicas son alteraciones en el número de cromosomas llamadas aneuploidía. Estas mutaciones provienen de errores durante la segregación de los cromosomas durante la mito-sis o la meiosis (división celular). Una mutación genómica que deleciona o duplica un cromosoma entero altera el número y, por lo tanto, los niveles expresión de cientos o miles de genes.

Las mutaciones cromosómicas son cambios que involucran sólo una parte de un cromosoma, como por ejemplo duplicaciones o triplicaciones de un segmento cromosómico, deleciones, inver-siones o translocaciones que pueden ocurrir en forma espontánea o ser el resultado de un error durante el proceso de segregación y recombina-ción cromosómica durante la meiosis celular. Una mutación cromosómica que deleciona o duplica


Mutación puntual Porcentaje de enfermedades producidas

por este tipo de mutación

Mutaciones sin sentido 50%

(sustitución de aminoácido)

Mutaciones sin sentido (codones 10%

de terminación prematuros)

Mutaciones de procesamiento de ARN 10%

(sustitución de sitios de splicing, de

poliadenilación de generación de sitios

crípticos de splicing)

Mutaciones en el sitio de splicing (que causa 10%

cambio en el marco de lectura) y codones

de terminación

Mutaciones que afectan la región Raro

reguladora, el control de la transcripción

u otros aspectos de la expresión genética

Deleciones/Inserciones Porcentaje de enfermedades producidas por este tipo de mutación

Adición o deleción de pocas bases 25%

Si el número de bases alteradas no es múltiplo 25%

de 3, la alteración de bases resultará en un

cambio del marco de lectura y posiblemente

un codón de terminación

Si el número de bases alteradas es múltiplo de 3, 25%

el polipéptido resultante va a tener aminoácidos

de más o de menos

Deleciones de genes, inversiones, fusiones y 5%

duplicaciones

Inserción de secuencias ALu o LINE Raro

(interrumpiendo la transcripción o la secuencia

codificante)

Expansión de secuencias de trinucléotidos Raro

repetitivas

Tipo de mutación Mecanismo Frecuencia Ejemplos (aproximada)

Genómica Alteración de la segregación 2-410−2/divisiones Aneuploidía

cromosómica celulares

Cromosómica Rearreglo cromosómico 610−4/ divisiones Translocaciones

celulares

Génica Cambios de pares de bases 10−10/pares de Mutaciones

bases/división celular puntuales

10−5-10−6 /

locus/generación

Basado en Vogel F, Motulsky AG. Human Genetics. 3rd ed. Berlin: Springer-Verlag, 1997; and Crow JF. The origins,

patterns and implications of human spontaneous mutation. Nat Rev Genet 2000; 1:40-7.

Cuadro 1. Clasificación de las mutaciones y su frecuencia estimada

Cuadro 2. Tipos de mutaciones y el porcentaje estimado de enfermedades producidas por ellas


grandes partes de uno o más cromosomas también puede afectar la expresión de cientos de genes.

Las mutaciones génicas son alteraciones (cambios, pérdidas o inserciones de uno o más nucleótidos) en la secuencia de las bases del ADN de los genes nucleares o mitocondriales.

Se han identificado muchos tipos de mutacio-nes en los diferentes alelos asociadas con diferen-tes enfermedades genéticas entre los millones de alteraciones en el ADN que no están vinculadas a enfermedades. Incluso existen mutaciones que alteran tan sólo una base de la secuencia del ADN y que pueden tener enormes y serias consecuen-cias, con dependencia de cuál gen fue alterado y qué efecto tiene esa mutación particular en la expresión de la proteína codificada por ese gen. Por ejemplo, una mutación génica que consiste en el cambio de un solo nucleótido de la secuencia puede llevar a la falta total de expresión de ese gen o a la formación de una proteína (producto de ese gen) alterada en su estructura o función.––––––––––––––––––––––––––––––––Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN causantes de enfermedades. Pueden afectar el número de cromosomas (mutaciones genómi-cas), partes de un cromosoma (mutaciones cro-mosómicas) o la secuencia de un gen (mutaciones génicas).––––––––––––––––––––––––––––––––

Como vimos, los humanos poseemos dos copias de cada gen provenientes de cada uno de nuestros progenitores. Cada gen puede tener, por lo tanto, dos alelos idénticos o diferentes, llamados homo-cigotos o heterocigotos, respectivamente. Se dice que un alelo porta una mutación recesiva cuando es necesario que los dos alelos (en ambos cromosomas del par) tengan la mutación para que ésta se ex-prese clínicamente. Es decir, el individuo debe ser homocigoto para ese alelo mutado para expresar la enfermedad. En cambio, una mutación es domi-nante cuando sólo es necesario que esté presente en uno solo de los alelos del par de cromosomas. Es decir que el individuo heterocigoto para ese gen tiene un alelo mutado y otro wild type, y esto permite que la mutación se exprese clínicamente.

En situaciones normales (wild type), cuando la secuencia genética no está alterada, el hecho

de que un alelo se comporte como dominante o recesivo depende de la naturaleza misma del alelo. Ahora bien, ante la presencia de una mutación, la relación dominante/recesivo se establece en base a la naturaleza de la mutación y del efecto que se observa. Los alelos mutados recesivos en general están relacionados con mutaciones que inactivan el gen en forma parcial y esta mutación es compensada por el alelo normal. Es por ello que para que se desarrolle la enfermedad la mutación debe estar presente en ambos alelos. Por su parte, las mutaciones dominantes producen un cambio drástico en la proteína y como consecuencia se altera totalmente su función. Algunos alelos pueden tener propiedades recesivas y dominantes y la forma en que el alelo se exprese dependerá de si un individuo es homocigoto o heterocigoto para ese gen.

Cuando la mutación involucra sólo un par de bases se la llama mutación puntual. Una alteración puntual que no provoca cambios en la secuencia de aminoácidos codificados por esa secuencia de pares de bases de ese gen o en la estructura o la función de la proteína resultante se conoce como silenciosa.

Cuando una mutación puntual produce una sustitución de un aminoácido por otro y esto provoca, por ejemplo, una alteración de la función de la proteína, se llama mutación con sentido erróneo.

Si una mutación tiene como resultado la in-troducción de un codón de terminación se deno-mina sin sentido y cuando una mutación da por resultado el “corrimiento del marco de lectura” del gen, se conoce como cambio en el marco de lectura (frameshift mutation).

––––––––––––––––––––––––––––––––Las mutaciones puntuales afectan sólo un par de bases de un gen. Pueden ser silenciosas, de sentido erróneo, sin sentido o con cambio en el marco de lectura.

––––––––––––––––––––––––––––––––En los seres vivos que se reproducen sexual-

mente, las mutaciones que ocurren en una célula que formará la población de células germinales (ovocitos, espermatozoides o sus precursores) son las únicas que pueden ser heredadas y se


denominan mutaciones germinales. Este tipo de mutaciones, por lo tanto, se transmiten a las generaciones futuras.

En cambio, las mutaciones somáticas ocurren en las células somáticas (del cuerpo) y sólo afectan a algunas estirpes celulares en ciertos tejidos, lo que se denomina mosaicismo somático. A diferen-cia de las mutaciones germinales, las somáticas (ya sean genómicas, cromosómicas o génicas) no son heredables.––––––––––––––––––––––––––––––––Las mutaciones germinales pueden ser heredadas, ya que afectan a los espermatozoides y los ovocitos. Las mutaciones somáticas no son heredables.––––––––––––––––––––––––––––––––

Las mutaciones en los genes mitocondriales tienen un patrón de comportamiento diferente del de las mutaciones de los genes nucleares, cuyos detalles exceden los alcances del presente capítulo. Mencionaremos brevemente que todas las células tienen mitocondrias, pero las mu-taciones en el ADN mitocondrial sólo afectan ciertos tejidos y en general son aquellos con mayores requerimientos de ATP, que es la fuente de energía –obtenida mediante la fosforilación oxidativa– que las células utilizan para llevar a cabo funciones vitales.

La descripción de diferentes tipos de muta-ciones no sólo aumenta la comprensión que se tiene de la diversidad genética y de la fragilidad de la herencia genética humanas, sino que tam-bién, y mucho más importante, contribuye con la información concreta necesaria para la detección y el screening de cualquier enfermedad genética en familias afectadas. Asimismo, permitirá el estudio poblacional a gran escala del riesgo de padecer otras afecciones, aun en un estadio pre-sintomático.

PolimorfismosAlgunos cambios en el ADN no tienen ningún efecto en la expresión de los genes. Muchos cam-bios de nucleótidos de ADN, como, por ejemplo, translocaciones o deleciones, no afectan ninguna porción crítica del genoma, es decir que ocurren en porciones del genoma que no codifican ninguna proteína (de hecho, la mayor parte del genoma

no codifica ninguna). Las variaciones en estas porciones son muy frecuentes. Se estima que es posible detectar diferencias en las secuencias de nucleótidos en estas regiones entre personas no emparentadas, aproximadamente cada 103

nucleótidos.Estas mutaciones indiferentes que se pro-

ducen en las porciones del ADN no funcional a veces involucran secuencias altamente repetitivas que pueden “moverse” de un lugar a otro dentro del genoma y son llamados elementos móviles del ADN. Muchos de estos elementos saltan o se trasponen permanentemente dentro del genoma de un individuo o de una especie y producen las diferencias sutiles que se observan entre algunas especies o entre individuos de una misma espe-cie. Hoy se sabe que algunos de estos elementos móviles del genoma humano son copias de ADN de virus antiguos (en general muy mutadas o cambiadas a lo largo de miles de años). Rara-mente estos saltos pueden producirse dentro de genes que codifican proteínas, dañándolos, acti-vándolos a destiempo o produciendo cambios no significativos.

A su vez, un cambio de un nucleótido de ADN dentro de un gen puede no tener ningún efecto en absoluto, tanto porque el cambio de pares de bases no altera la secuencia de aminoácidos que codifica, o bien porque, si lo hace, el cambio del aminoácido o de la secuencia de aminoácidos no modifica las propiedades funcionales de la proteína resultante. Por lo tanto, no todas las alteraciones en el ADN tienen consecuencias clínicas perjudiciales.

Estas variaciones que no pueden ser relacio-nadas con efectos patológicos directos y están presentes en más del 1% de la población son lla-madas tradicionalmente polimorfismos.

Muchos polimorfismos son particulares de cada familia, pueden rastrearse dentro de sus miembros y constituyen la base de los estudios de ligamiento genético (paternidad, familiares, etc.).

––––––––––––––––––––––––––––––––Los polimorfismos son variaciones del ADN frecuentemente encontradas que no tienen efectos patológicos directos.

––––––––––––––––––––––––––––––––


Existen distintos tipos de polimorfismos:Los cambios de un único nucleótido en la

secuencia del ADN son conocidos como single nucleotide polymorphisms (SNPs) o polimor-fismos de nucleótido simple. Los SNPs son los polimorfismos más simples y más frecuentes en el genoma humano y representan el 90% de todas las formas de polimorfismos humanos. Son la fuente de variabilidad genética más importante.

Existen dos tipos de sustituciones de nucleó-tidos que producen SNPs:1. Transición: cuando la sustitución de nu-

cleótidos ocurre entre purinas (A o G) o entre pirimidinas (C o T).

2. Transversión: cuando la sustitución ocurre entre una purina y una pirimidina (p. ej., A por C o T).

Las variaciones en la secuencia del ADN cau-sadas por los SNPs pueden medirse en términos de la diversidad de nucleótidos que se observan en los individuos aparentemente sanos. Se estima que es de aproximadamente 1/1.000 a 1/1.350 pa-res de bases entre dos cromosomas equivalentes.

También mencionaremos un tipo de polimor-fismo en el cual se observa una repetición variable de uno, dos o tres pares de bases y se conoce como simple sequence repeat polymorphism o polimor-fismo de repeticiones de secuencia simple (SSRP).

Revisemos algunos conceptos tradicionales:Wild type o tipo silvestre: secuencia de ADN

considerado “normal”.Polimorfismo: variación observada con una

frecuencia de presentación > 1% en la población general. Considerado hasta hace poco como cam-bios “benignos o neutrales”, como se describió anteriormente.

Variantes raras: variaciones observadas en alelos con una frecuencia < 1%.

Mutación: cualquier cambio en el ADN asociado con la producción de una enfermedad, con una frecuencia de presentación < 1% en la población general.

Hoy en día sabemos que estas afirmaciones tienen excepciones, ya que algunas mutaciones no tienen efectos perjudiciales y algunos polimor-fismos pueden causar enfermedades.

Ahora bien, ¿qué diferencia entonces a un polimorfismo de una mutación? La respuesta radica en la frecuencia con que se encuentran en la población general.

Se acepta que los polimorfismos comienzan como mutaciones, pero si se vuelven “fijas” y se repiten y alcanzan suficiente frecuencia en una población se convierten entonces en polimorfismos.

Conclusión_____________

La biología molecular y celular está cambiando el diagnóstico clínico tradicional, la terapéutica, el pronóstico e incluso la evolución clínica de muchas enfermedades. Estos cambios vienen dados por las herramientas que las nuevas tecnologías ofrecen y permiten desde el diagnóstico genético en pa-cientes asintomáticos hasta la terapia génica y la terapia celular. Los próximos años traen desafíos para el médico cardiólogo, para los investigadores y también para las aseguradoras de salud al mo-mento de evaluar la incorporación de estas nuevas herramientas dentro de la práctica médica diaria.

Lecturas sugeridas_____________

– Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, and Walter P. Molecular Biology of the Cell. 5th ed. New York: Garland Science <http://www.garlandscience.com/textbooks/0815341059.asp>; 2008.

– Krebs JE, Goldstein ES, Kilpatrick ST. Lewin’s GENES X. Jones & Bartlett Publishers; 2009.

– Kumar D and Weatherall D. Genomics and Clinical Medicine. New York: Oxford University Press; 2008.

– National Center for Biotechnology Information (US). Genes and Disease [Internet]. Bethesda (MD): National Center for Biotechnology Information (US); 1998. Available from: http://eresources.library.mssm.edu:2060/books/NBK22183/?depth=2

– Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 7th ed. Copyright (c) 2007 Saunders, An Imprint of Elsevier.

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