Araceli Lantigua Cruz

INTERFERENCIAS BIOLGICASDE LA TRANSMISINDE SIMPLES MUTACIONES

10 Los avances de la aplicacin de la nueva tecnologa para el estudio del ADN y

las observaciones de las investigaciones relacionadas con el Proyecto GenomaHumano, han logrado esclarecer contradicciones y expresiones anormales que notenan explicacin o cuyas explicaciones confundan ms que aclaraban elfenmeno.

Interrogantes como las siguientes: Por qu en el sndrome frgil X hay hombresasintomticos y portadores? Por qu en sndromes neurolgicos como el Praderr-Willi yel Angelman teniendo fenotipos diferentes tienen el mismo tipo de aberracin cromosmicaen 15q11-q13? por qu una mujer fenotpicamente sana tiene hijos acondroplsicos endos matrimonios diferentes? Por qu en algunas enfermedades genticas dominanteslos sntomas aparecen mucho ms temprano en los hijos que en sus padres?

A responder estas interrogantes a la luz de los nuevos conocimientos va dirigidoeste captulo que aborda fenmenos biolgicos que dificultan la identificacin deherencias mendelianas y que en algunos textos aparecen con el nombre de patronesno clsicos de herencias mendelianas.

MUTACIONES DINMICAS

Este trmino se aplica a genes que presentan en alguna regin de su estructura tripletesde bases repetidos en un nmero de veces tal, que define el alelo o gen denominadonormal. La mutacin consiste en el incremento del nmero de veces que se repite eltriplete y su expresin est en correspondencia con este incremento. Se trata de un genque crece y su crecimiento tiene un lmite a partir del cual su expresin puede ser nula ycausar un defecto del desarrollo.

El sndrome a partir del cual se introduce esta nueva categora gentica recibe elnombre de Sndrome Frgil X, es la segunda causa gentica y primera causa hereditariade retraso mental.

Al gen detectado a partir de este sndrome, se le ha denominado FRM1. La mutacindel gen FMR1, que da origen a este sndrome consiste en el incremento de repeticionesdel triplete CGG del extremo 5' de su primer exn, cuyo alelo normal tiene un promediode 30 repeticiones.122

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Este incremento se produce por etapas. De ah el trmino de "gen que crece". Elprimer crecimiento o premutacin oscila entre 43 y hasta 200 repeticiones sin que tengaun efecto fenotpico muy especfico. A partir de las 200 repeticiones se produce la muta-cin completa y se expresa el sndrome.

El riesgo de transformarse en una mutacin completa depende del nmero de repeti-ciones de la premutacin, de modo tal que cuando el portador de la premutacin en unafamilia afectada, tiene un rango de menos de 90 repeticiones, la probabilidad de amplificarsehacia una mutacin completa de un rango de repeticiones mayor de 200, es menor quecuando la premutacin tiene un rango de ms de 90 repeticiones.

El gen FMR1 se encuentra en la regin q27.3 del cromosoma X y por lo tanto, sehereda ligado al X con caractersticas especiales pues el incremento del nmero de tripletesse produce durante las gametognesis y los hombres aparentemente normales puedenser hemicigticos para la premutacin y transmitir el gen a todas sus hijas, quienes a suvez pueden darle nietos varones afectados por retraso mental sin existir antecedentesfamiliares del defecto.

Este tipo de mutacin explica el fenmeno gentico de anticipacin o de observacinde la aparicin ms temprana de sntomas en las nuevas generaciones, independientesdel sexo del individuo que trasmiti la mutacin.

La anticipacin es un fenmeno usual en enfermedades genticas progresivas delsistema nervioso central y su presencia es un elemento clnico que obliga a la bsquedamolecular de mutaciones debidas a un incremento de secuencia de bases repetidas.

Desde el punto de vista molecular se describen dos grupos de sndromes debidos amutaciones dinmicas:1. Expansiones inestables por repeticiones muy largas, fuera de secuencias codificantes.

Enfermedad Locus Gen Alelo N Premutacin Mutacin Triplete Defecto molecular

Frgil X Xq 27.3 FMR1 6-54 50-200 >200-1000 5' CGG, Hipermeti-exon 1 lacin CpG.

Distrofia 19q13 M D 5-35 42-1000 >1000 3'GTG Afectan elmiotnica ltimo exon procesamiento

del transcriptoprimario

Epilepsia 21q22.3 JME 2-3 Intermedio 40-80 5'CGC Afecta funcinjuvenil de promotormioclnica

Frgil E Xq28 FRAXE 6-25 50-200 >200-1000 5'CCG Hipermeti-lacin CpG.

Ataxia 9q13-q21.1 FRDA 6-34 Intermedio 67-1700 Intron 1. Perdida deFriedreich GAA fun-

cin del gen.

2. Expansiones CAG de repeticiones ms cortas dentro de secuencias codificantes.Caractersticas comunes a este ltimo grupo

Todas tienen una herencia autosmica dominante, excepto la enfermedad Kennedyque tiene una herencia recesiva ligada al cromosoma X.

El alelo expandido es transcripto y traducido. El trinucletido repetido codifica para un segmento de poliglutamina de la protena

especfica de cada enfermedad. Hay un umbral crtico de repeticiones por debajo de la cual no es patogentico y

por encima del cual causa la enfermedad. El tamao de la amplificacin de la mutacin correlaciona con la edad de comienzo

de los sntomas de cada enfermedad, aunque no se puede hacer una prediccinen un paciente individual.

La enfermedad Kennedy se debe a una mutacin de un gen para el receptor deandrgeno.

La patognesis de estas enfermedades parece estar relacionada con la longitud depoliglutaminas. Cuando el segmento excede el umbral normal de repeticiones, se produ-cen agregados de protenas que pueden matar a las clulas.

Las diferencias clnicas de cada enfermedad reflejan muerte de clulas diferentes y lamuerte neuronal causada por los agregados de protenas son un rasgo comn a estasenfermedades por repeticiones CAG, as como para las enfermedades de Alzheimer yParkinson y las enfermedades por priones.

Enfermedad Locus Gen Herencia Alelo N Mutacin

Huntington 4p16.3 HD AD 6-35 30->1000Kennedy Xq21 KD LXR 9-35 38-62Ataxia espinocerebelar 1 6p23 SCA1 AD 6-38 32-83Ataxia espinocerebelar 2 12q24 SCA2 AD 14-31 32-77Ataxia espinocerebelar 3 14q32 SCA3 AD 12-39 62-86Machado-Joseph.Ataxia espinocerebelar 6 19p13 SCA6 AD 4-17 21-30Ataxia espinocerebelar 7 3p12-21.1 SCA7 AD 7-35 36-200Atrofia dentatorubral- 12p DRPLA AD 3-35 49-88palidoluisiana.124

IMPRONTA GENMICAInvestigaciones sobre la expresin gentica en diferentes especies de reproduccinsexual, incluyendo al humano, han acumulado suficientes evidencias que rompen definiti-vamente con la creencia de que el genoma haploide, contenido en los gametos, no presentadiferencias que impidan la expresin mendeliana de una mutacin. Una nueva categoragentica hace su aparicin bajo la denominacin de impronta genmica (genomic imprinting)y que se define como la huella, que deja en el genoma del nuevo individuo la contribucincromosmica haploide materna y paterna.

Este fenmeno biolgico se identifica como epigentico o sea factores adicionalesque no modifican la secuencia del ADN de genes especficos pero que si modifican suexpresin.

La metilacin del ADN es un importante mecanismo epigentico en el control de larepresin de la transcripcin de ciertos genes. Este patrn de metilacin tiene diferenciasen dependencia de que el gen en cuestin sea heredado por va materna o paterna.

El mecanismo epigentico de impronta genmica, asegura que dentro de una clula,slo uno de los dos alelos heredados a travs de la gametognesis materna y paterna, seexprese, aun cuando la secuencia de bases de ambos genes se encuentre intacta.

El fenmeno epigentico de impronta genmica es un mecanismo que normalmenteocurre, que puede explicar la competencia de regiones de ADN que actan comopotencializadores o silenciadores de genes comprometidos en el proceso de laembriognesis.

El gen XIST relacionado con la inactivacin de uno de los dos cromosomas X de lamujer, es un ejemplo de un gen ligado al cromosoma X que desarrolla impronta genmica,ya que la expresin del alelo XIST heredado por el gameto materno se encuentrapreferencialmente reprimido en los tejidos de origen trofoblsticos. En ejemplos detriploidias, en las que se encuentra una doble dosis del genoma haploide paterno, el tejidotrofoblstico se encuentra muy desarrollado.

La evidencia de la impronta genmica se ha venido investigando en la expresin deciertas mutaciones del humano que tienen una gran diversidad en su expresin.

Esto significa que existen enfermedades genticas que pueden tener variaciones ensu expresin en un rango tan variable que puede ir desde la no expresin hasta unaseveridad extrema de sta, dependiendo de que la mutacin bajo un control de impronta,haya sido heredada por la va del padre o de la madre.

Ejemplos de evidencias de impronta genmica en el humano son los sndromes produ-cidos por delecin de la regin q11-q13 del cromosoma 15. Atendiendo a que esta aberra-125

cin cromosmica sea heredada por va paterna o materna se expresarn los sndromesPrader Willi o Angelman respectivamente, cuyos fenotipos son bien diferentes entre s.

Otros ejemplos se relacionan con el incremento en la severidad de la expresinfenotpica de la mutacin, como se ha planteado en la Distrofia Miotnica, para explicarla forma neonatal que se observa en hijos de madres afectadas y que a su vez, hanheredado la mutacin por va materna.

No es difcil comprender ahora, que podran existir mutaciones de simples genes quese transmiten de acuerdo con las leyes de Mendel pero que al modificarse su expresinen dependencia del origen materno o paterno de la mutacin y teniendo como nicaevidencia el examen clnico de la expresin de la mutacin, sea extremadamente difcilencontrar los criterios que nos permitan seguir la segregacin de la mutacin en cuestinpara identificar una herencia mendeliana de las estudiadas previamente.

DISOMAS UNIPARENTALES

El descubrimiento de las disomas uniparentales emerge como resultado de observacio-nes en el uso de la biotecnologa en funcin de caracterizaciones moleculares de diversasmutaciones. No siempre una pareja cromosmica est formada por cromosomas transmi-tidos en los gametos masculino y femenino. En los aos 1988 y 1989 se reportaron dos niosafectados por fibrosis qustica que adems presentaban una baja talla inusual. Los estudiosmoleculares detectaron que los cromosomas 7 donde se encuentra el gen de la fibrosisqustica de ambos nios fueron heredados de un mismo padre. Despus de estos hallazgoslas disomas uniparentales son un fenmeno relativamente frecuente. No se sabe cuantasveces una pareja cromosmica es el resultado de una no disyuncin en cualquiera de lasdos meiosis de la ovognesis o la espermatognesis, pero existen numerosas evidencias deque un par cromosmico especfico ha sido transmitido por el vulo o el espermatozoide poruna sola va parental, dando lugar a una disoma uniparental materna o paterna.

La repercusin fenotpica de este fenmeno es objeto de estudio actual y se puedepredecir que sus variaciones dependern de los genes de los cromosomas involucrados ydel tipo de disoma que puede ser isodisomas (defecto generado en la segunda meiosis)o heterodisomas (defecto generado en la primera meiosis).

El mecanismo ms probable para la produccin de disomias uniparentales, es la nodisyuncin con perdida del cromosoma procedente del gameto monosmico normal quegenerara una trisoma en el cigoto. Es probable que muchos cigotos trismicos para undeterminado cromosoma, elimine a uno de los cromosomas en exceso, a lo que se hadenominado rescate trismico. El origen del cromosoma eliminado da lugar a cigotos126

dismicos con los dos cromosomas procedentes uno de cada progenitor o cigotos con los

dos cromosomas de un solo padre o disomias uniparentales.

Cada da aparecen nuevas evidencias de disomias uniparentales de los 23 pares decromosomas humanos, al menos ya se ha demostrado la presencia de disomiasuniparentales para 15 de ellos.

Los sndromes Angelman (happy puppet), Beckwith-Wiedemann (EMG) y Prader-Willi son los ejemplos ms estudiados.

MOSAICISMOS GERMINALES

Se trata de mutaciones que aparecen en las clulas germinales de los progenitores,que a su vez originan gametos afectados con un rango de probabilidades que depende delnmero de generaciones celulares germinales con la mutacin.

Sospecha de este tipo de mutacin es la recurrencia de un defecto especfico queparece como si fuera una nueva mutacin, con carcter dominante y que sin historiafamiliar anterior se repite en dos o ms hijos, aparentando cuando ocurre en la mismapareja, una herencia autosmica recesiva.

El ejemplo ms ilustrativo es el de la Acondroplasia, baja talla desproporcionada cuyamutacin se caracteriza por un cambio de bases en el gen receptor para el factor decrecimineto fibroblstico 3 (FGGFR3). Un simple cambio de una base nitrogenada porotra (G380R o Gli380Arg) en el dominio transmembrana de la protena, se expresa por ladisplasia sea que caracteriza a esta mutacin.

Se han descrito casos de individuos clnicamente no afectados por esta displasia seaque han tenido recurrencia de la mutacin en la descendencia, en los que se ha demos-trado molecularmente mosaicismo de la mutacin en tejido gonadal.

Mosaicismos somticos. Se trata de mutaciones que ocurren a nivel de clones celula-res somticos durante el desarrollo prenatal, ocasionando asimetras corporales con anor-malidades de los tejidos involucrados (mosaicismo poscigticos) o pueden ser posnatalesgenerando en clulas somticas tumoraciones.

HERENCIA MITOCONDRIAL

Existen otras mutaciones de simples genes que se diferencian de las anteriores por-que el gen afectado o mutado est en el ADN mitocondrial.

Las mitocondrias tienen reproduccin intracelular independiente (por fisin) y aunquese encuentran afectados tanto hembras como varones, los hombres afectados no trans-127

miten la enfermedad pues el espermatozoide no contribuye con mitocondrias en la fecun-

dacin.

Las mitocondrias slo se transmiten a travs del vulo cuyo citoplasma es mucho msgrande (Figura 10.1).

2 1

2 53 41

1 3 42 III

II

I

Figura 10.1. Ejemplo de herencia mitocondrial.

Es difcil hacer un anlisis predictivo de la probabilidad que una mujer afectada tengahijos sanos o enfermos pues esto depende del nmero de mitocondrias normales yanormales de cada vulo.

El ADN mitocondrial (ADNmt) se encuentra empaquetado en un cromosoma circu-lar que tine 16 kb de longitud. Cada mitocondria tiene varias copias de este cromosoma ycientos por clulas. El ADNmt ha sido completamente secuenciado y se conoce quecodifica para dos tipos de ARN ribosomal, para 22 ARN de transferencia y para 13polipeptidos que son subunidades de enzimas que participan en la cadena respiratoria yaque las otras unidades de estas enzimas son codificadas por el ADN nuclear.

Las mitocondrias son distribuidas al azar en las divisiones celulares. Generalmente elADNmt es idntico en la mayora de las personas y a este hecho se le denominahomeoplasmia, sin embargo cuando aparece una mutacin en este ADN se producendos tipos de ADNmt, el no mutado y el mutado recibiendo el nombre de heteroplasmia.La homeoplasma puede estar presente para el ADNmt no afectado y para el ADNmtmutado, en estos casos todos sus hijos tienen riesgo de padecer la enfermedad. Cuandose trata de heteroplasmia existe la probabilidad de que al distribuirse las mitocondrias alvulo este reciba todas las mitocondrias con el ADN mutado o todas las mitocondrias conel ADN no mutado, por lo cual el individuo puede estar o no afectado. Tambin el vulo128

puede recibir ambos ADN y presentar heteroplasmia. En resumen una mujer afectada

por una mutacin mitocondrial puede tener hijos no afectados.

Hay heterogenidad en la mutaciones del ADNmt reportadas. Esto unido al porcentajede mitocondrias con el ADNmt mutado explica la gran expresividad de las enfermedadescon este tipo de herencia.

Se han reportado 60 mutaciones mitocondriales. Un ejemplo de este tipo de mutacinse observa en "la Anemia Inducida por Cloranfenicol", la Atrofia Optica de Leber, elsndrome Diabetes-Sordera, la sordera inducida por aminoglucsidos, la encefalopataMELAS, la epilepsia mioclnica MERRF, la cardiomiopata hipertrfica con miopata.

OTRAS CARACTERSTICAS DE LA TRANSMISIN DE SIMPLESMUTACIONES Y DE SU EXPRESIN

Herencia dignica

La expresin de un defecto se debe a la coincidencia de genotipo doble heterocigticopara mutaciones que en simple dosis y aisladas no expresan el defecto en cuestin. Unejemplo se ilustra en casos dobles heterocigticos para una forma de Retinosis Pigmentaria(RP), donde la persona solamente est afectada por esta tipo de RP, si es heterocigticaadems para una mutacin del gen "protena 1 del segmento externo" ( RON1) que seencuentra en el cromosoma 11 y sta coexiste con la mutacin del gen que codifica laprotena periferina y que se encuentra en el cromosoma 6.

Prdida de heterocigocidad

Es un fenmeno caracterstico de la expresin de genes supresores tumorales. Ocu-rre en diversos tipos de cncer, donde existe una primera mutacin que determina lapresencia de un genotipo heterocigtico y una segunda mutacin sobre el gen tipo salvajeo no mutado, determinando un genotipo homocigtico recesivo o hemicigtico, si estasegunda mutacin determina la prdida del cromosoma no afectado por la mutacinperdindose el genotipo heterocigtico y desarrollndose el tumor. Se conoce como"hiptesis de los dos golpes de Knudson". En el retinoblastoma hereditario la primeramutacin es germinal, es decir el individuo es heterocigtico para la primera mutacin. Lasegunda mutacin tiene un efecto ms temprano y en mltiples clulas, lo que explica queeste tipo de tumor maligno se desarrolle, en estos casos, en el primer ao de la vida , enambos ojos y de forma mltiple. Otro ejemplo en el que se observa este fenmeno es en129

la neurofibromatosis 1 (NF1). Los neurofibromas que caracterizan a esta enfermedadgentica, son el efecto de prdida de heterocigocidad del gen que expresa la protenaneurofibromina que tiene tambin funcin de regulacin del ciclo celular resultando serun gen supresor tumoral.

RESUMEN

Las mutaciones dinmicas, anormalidades del fenmeno epigentico de improntagenmica, las disomas uniparentales, los mosaicismos gonadales y somticos, y la heren-cia mitocondrial son fenmenos que dificultan seguir la segregacin de una mutacin deacuerdo con los criterios clsicos para la identificacin de una herencia mendeliana.Pensar en ellos facilita la interpretacin de la anticipacin, la severidad de la enfermedadselectiva al origen materno o paterno del gen mutado, incomprensiones de la segregacinde mutaciones en herencias autosmicas recesivas en las que el individuo homocigticoha recibido la doble dosis gnica de solo uno de los padres heterocigtico para esa muta-cin. Trasmisin de una aparente mutacin de novo en un hijo afectado a un hermano deste y la trasmisin de las enfermedades a partir de una mujer a hijos de ambos sexos.130