gentica: orrgeny deteccin Variabilidad

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DETECCIN Y MEDIDA DELAVARIABILIDAD GENTICAEl ser humano se ha interesadodurante siglospor las diferencias que se aprecian entre los distintos individuos. La atencin se centr durante mucho tiemoo en las diferencias observables, como el color de la piel y la morfologa corporal; slo en el siglo nr fue posible examinar la variabilidad en los genes,consecuencia las mutacionesacumude ladasa lo largo del tiempo. La evaluacin la medida de tal y variabilidad en las poblacionesy en las familias es importante para mapear los genes en sus localizacionesespecficasen los cromosomas, pasoesencial un para determinar la funcin de los genes(v. cap. 8). Adems el anlisisde la variabilidad genticaproporciona las bases una gran parte de del diagnstico gentico y es enormemente til en medicina legal. En esta seccin se comentarn varios planteamientos esenciales para detectarla variabilidadgenticaen el hombre.

Grupos sanguneosSe han definido varias docenasde sistemasde grupos sanguneos basndose los antgenoslocalizadosen la superen ficie de los eritrocitos. Algunos estn implicados en la determinacin de si un indiduo puede recibir una transfusin sangunea un donanteconcreto.Dado que los indide viduos difieren enormemente en los grupos sang'uneos, estos sistemasproporcionaron un rpido e importante medio paravalorar la variabilidadgentica. Cada uno de los sistemas grupos sanguneos de estdeterminado por un gen o un conjunto de genesdiferentes.Los diversosantgenosque pueden expresarse un sistemason el en resultadode las distintssecuencias DNA de estossenes. del Se comentarnaqu dos de los sistemas grupos mng.in.o, de con especial significacinclnica,los sisremas ABO y Rh. EL SISTEMA BO A Las transfusionesde sngrehumana comenzaron a realizarse en 1818,pero no tuvieron demasiado xito. Despusde las transfusiones, algunos receptores sufran una reaccin hemoltica masiva,a menudo letal. Karl Landsteiner descubri en 1900 que esta reaccin se deba a los antgenos ABO, localizados la superficiede los eritrocitos.El sisteen ma ABO consta de dos antgenosprincipales, denominados A y B. Los indiduos pueden tener uno de los cuatro grupos sanguneos:grupo Au los indiduos que portan el antgeno A en sus eritrocitos; grupo B, los individuos que portan el antgeno B; grupo AB, los indiduos que portan ambosA y B, y grupo O, los individuos que no portan ningn antgeno. Todos los individuos rienen anticuerpos que reaccionan contra cualquier antgeno que no se encuentre en la superficie de suspropios hemates.De estemodo, una personacon un grupo sanguneoA tiene anticuerpos anti-B y la transfusin de sangre del grupo B le provocara una reaccin grave por anticuerpos.En el laboratorio es sencillo determinar el grupo sanguneo, mezclando una pequea muestra de sangre de una persona con solucionesque contienen distintos anticuerposy observandodespus qu com-

binaciones causanla aglutinacin caractersticade la interaccin antgeno-anticuerpo. EI sistemaABO, que estcodificado por un gen nico en el cromosoma 9, consta de tres alelos primarios denominadosIA, IB e,P. Adems,hay subtipos de los alelosIA e 18que no comentaremos.Los individuos que tienen el alelo / tienen el antgeno A en la superficie de sus eritrocitos (grupo sanguneoA), mientras que con el alelo lBtienen el antgeno B en la superficie de sus clulas(g*po sangrrneoB). Quienes tienen los dos alelos expresanambos antgenos (grupo sanguneoAB). Los que nicamente poseen dos copias del alelo 10 no tienen {ngun antgeno (grupo sanguneo O). Dado que el alelo 1". 1o ploduce ningn antgeno, los que seanheteroci gotosIAF o 1BP tienen grupos sanguneos y A (tabla 3.3). B, respectivamente Las poblacionesvaran sustancialmente trminos de la en frecuenciacon la que presentanlos alelosABO, por lo que el locusABO fue el primer sistemade grupos sanguneos extensamenteutilizado en los estudiosde la variabiiidad gentica entre los individuos y las poblaciones.Por ejemplo, los estudios iniciales mostraron que el antgeno A es relativamente frecuente en las poblacionesde Europa occidental,mientras que el antgeno B lo es entre los asiticos.Ningn antgeno esms frecuenteenre las poblaciones nativasde Sudamrica, la mayora de las cualestienen el grupo sanguneoO. EL SISTEMA H R Al igual que el sistemaABO, el sistemaRh se define basndose en los antgenosque se encuentranen la superficiede los eritrocitos. Este sistemadebe su nombre al mono Rhesus,el animal experimentalen el que fue aisladopor primera vez por Landsteinera finalesde la dcadade 1930.Se tipa en el laboratorio empleandoun procedimiento similar al descrito para el sistemaABO. El sistemaRh vaa considerablemenre entre los indiduos y las poblaciones,por lo que tambin ha sido una herranienta til para valorar la variabilidad gentica.Se han elucidadorecientemente bases las moleculares la variade bilidad genticaen ambossistemas, ABO y Rh (paramsdetalles,v. Iaslecturasrecomendadas final de estecap.). al El ABO y el Rh tienen una importancia capital para determinar la compatibilidad de las transfusionessanguneas y el uasplante de tejidos. Algunas combinacionesde estossistemas pueden producir incompatibilidad materno-fetal, en

TABIA r Relacn elgenotipo y elgrupo 3.3 entre AB0 sanguneoGenotipo

Grupo sanguneoA A B B AB

presentes AnticuerposAnti-B Anti-B Anti-A Anti-A Ninguno Anti-A y anti-B

rrIo IBF PIo

IFIOIO

o

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Captu 3 lo

cENTtcA MDtcA

ocasionescon resultadosgravespara el feto. Estos aspectos se comentan con detalle en el captulo 9. grupos Los sanguneos, ejempl0s loscuales lossistemas de son y AB0 Rh, proporcionado para han unmedio importante estudiar la gentica variabilidad humana. variacioneslosgrupos Las de sangune0s el resultado losantgenos selocalizan la superque s0n de en ficie loseritrocitos. de

Exhoctohsticoen el pocillo de mueshos

Electroforesisprotenas deAunque los sistemas grupos sanguneos de han sido un medio til para cuantificarla variabilidadgentica,su nmero es bastante limitado. La electroforesis de protenas, desarrollada primeraveza principiosde la dcada 1930 por de y aplicadaextensamente el ser humano en las de 1950y en 190, ha incrementado considerablemente nmero de el sistemas polimrficos detectables. Esta tcnicase basaen el hecho de que un solo aminocidodiferenteen una protena (el resultado de una mutacin en la correspondientesecuenciadel DNA) puedecausar una leve modificacinen la carga elctrica de la protena. Un ejemplo es la mutacin frecuentede la anemiadrepanoctica, antescomentada. La sustitucindel cido glutmico por la valinaen la cadena de la globina B produce una diferencia en la carga elctrica porque el cido glutmico tiene dos gruposcarboxilomientras que la valinaslo tiene uno. La electroforesis puede emplearse para determinar si un individuo tiene una hemoglobinanormal (HbA) o la mutacin que causa anemiadrepanoctica la (HbS). La hemoglobina se disponeen un gel de almidn, agarosa poliacrilao mida, cargadoelctricamente (fig. 3.I lA). La ligera diferenciade carga,resuhantede la sustitucin del aminocido,har que lasformasde la HbAy la HbS migren de distinto modo a travsdel gel. Tias permitir a las molculasproteicasmigrar a travs del gel duranre varias horas,puedenteirsecon soluciones qumicaspara que sea posibleobservar posiciones (fig. 3.I I B). Posteriormente, sus se puede determinar si un individuo es homocigoto para la HbA, homocigoto para la HbS o heterocigotoque riene HbA en un cromosomay HbS en el otro. La electroforesis protenasse ha utilizado para detecde tar variaciones los aminocidosde cientos de protenas de humanas.Sin embargo,las sustituciones silenciosas que no alteran los aminocidosno se pueden detectarempleando estesistema. Adems,algunassustituciones aminocidos de no modifican la cargaelctricade la molculaproteica.De este modo, se consideraque la electroforesis protenas de slo detectaalrededorde un tercio de lasmutaciones oue se producenen el DNA codificante.La sustitucinde una nica baseen el DNA no codificanteno sueledetectarse mediante la electroforesis protenas. de Laelectroforesis protenas delas detecta variacioneslos las de genes codifican que protenas ciertas sricas. variacin obEsta es p0rque protenas leves servable las c0n modificaciones seen su cuencia aminocidos de migrarn un modo de distinto travs a de losgeles cargad0s elctricamente.

AElectrodo

(-)(+l

Losbondosteidosmuesfron lo posicin lo enzimo de

(-)Gel

(+lSolucin el con sustroto los soles y

Hbs Hbsdreponocitosis

L

HbAHbAnormol HbAHbS hetrerocigoto

f l

FIGURA 3.11 Electroforesis protenas. cargauna muestra de Se de tejidoen el pocillode la partesuperior gel y stese somete del (A). Trasla tincin,se hacenvisibleslas a una corriente elctrica distintasbandasque representan molculas con distintascargas y, elctricas por tanto, las diferentes secuencias aminocidos. de Los homocigotos para la HbA presentan una nica bandaprxrma al polo positivo, que los homocigotos mientras parala HbS presentan una nica bandacercana polo negativo (B). Los heterocigoal tos, al poseer ambosalelos,presentan bandas. dos

Inmunogentica en la cual el sistemainmunitario confunde pptidos de algunas clulas normales del individuo con pptidos microbianos. Otro de estosejemploslo proporciona la fiebre reumtica, en la que una infeccin estreptoccica inicia el fenmeno de rectividad cruzada ene el estreptococoy la miosina cardaca. cadauna de estas En situaciones organisel mo ya tena una pequeapoblacin de clulasT autorreacrivas, pero que penanecen inactivasy sin causardao hasta que un pptido exffao que se parece notablemente a un pptido propio estimula su proliferacin. En otras asociaciones habitualesMHC-enfermedad que implican autoinmunidad se incluyen la artritis reumatoide, el lupus eritematoso sistmico, la psoriasis y la esclerosis mltiple. Se calcula que alrededor del 5"/" de la poblacin sufre algn tipo de enfermedadautoinmune.

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que Ellocus codifica antgenos AB0 los eritrocitariosproduce y el reacciones transfusionales sieldonante receptorson n0 compatibles.

El sistema Rh

El Rh del grupo sanguneoestcodificado por dos loci estrechamenteligados,uno de los cualesse denomina D. El otro locus da lugar a los sistemasRh denominadosC y E mediante mecanismosde corte y empalme alternativos. El locus D tiene un inters primordial por ser el responsable de la incompatibilidad Rh maternofetal y la enfermedad resultante, la enfermedad hemoltica del recin nacido (EHRN). Las personascon el genotipo DD o Dd tienen el antgeno Rh en sus eritrocitos y se denominan ..Rh positivasrr.Los homocigotos recesivoscon genotipo Unnmero significativo deenfermedades seasocia alelos con esdd son..Rh negativos>> no tienen el antgeno Rh. Alrey pecficos Algunas estas MHG. de asociaciones sedeben desequilial dedor del 85% de los norteamericanosson Rh positivo y pero probable quela mayora el briode ligamento, lo ms es sean el 15"/" Rh negativo. que resultadoasociaciones de causales implican autoinmunidad. A diferencia del sistemaABO, en el que los anticuerpos se forman como respuesta los antgenospresentados a por otros organismos,la produccin de anticuerpos anti-Rh GRUPOS SANGUNEOSY RH ABO necesitaun estmulo por el propio antgeno Rh humano. Otro componente del sistemainmunitario implica a las moIJna persona Rh negativa no comienza a producir antilculas de superficie de los eriuocitos, que pueden causar cuerpos anti-Rh a menos que se expongaal antgeno Rh, una reaccin inmunitaria durante las transfusionessangugeneralmentea travsde una transfusinsangunea duo neas.Los sistemasde antgenosABO y Rh de los eritrocitos rante el embarazo. La incompatibilidad maternofetal se se comentanen el captulo 3 como ejemplosinicialesde loci produce cuando un hombre Rh positivo y una mujer Rh marcadorespolimrficos. Tambin son los sistemas ms imnegativa tienen hijos. Si el genotipo del hombre es DD, portantes para determinar la compatibilidad de las transfutoda su descendencia ser Rh positiva y tendr antgenos siones. Rh en sus eritrocitos. Si el hombre es heterocigoto con el genotipo Dd, la mitad de sushijos, como promedio, sern Rh positivo. El sistema AB0 No suele haber problemas con el primer hijo por inExisten cuatro grupos sanguneosprincipales ABO: A" B, compatibilidad Rh porque muy pocos eritrocitos fetales AB y O, Los tres primeros grupos representan,respectivaatraviesan la barrera placentaria durante la gestacin. mente, a individuos que portan los antgenosAn B y A y B Cuando la placentase desprendedurante el alumbramienen la superficie de suseritrocitos. Los de tipo O no tienen el to, una gran cantidad de eritrocitos fetales penetran en el antgenoA ni el B. Los individuos con un antgeno determitorente circulatorio de la madre. Estas clulas,portadoras nado en la superficie de sus eritrocitos poseen anticuerpos de antgenos Rh, estimulan la produccin materna de anticirculantes contra el resto de antgenosABO (seforman decuerpos anti-Rh. Estos anticuerpos persisten en la circulabido a la exposicina antgenosque son idnticos a los antcin durante mucho tiempo y si el siguiente descendiente genosAy B, pero que estnpresentesen varios microorgaes de nuevo Rh positivo, los anticuerpos anti-Rh de la manismos). De estemodo, si un individuo tipo B recibe sangre dre penetran en la circulacin del feto y destnryen sus eridel tipo A o AB susanticuerpos anti-A pueden producir una trocitos. A medida que avanza la destruccin, el feto se reaccin gravey potencialmente mortal. Los individuos del hace anmico y comienza a liberar a la circulacin numerogrupo O que no tienen antgeno, pero s anticuerpos anti-A sos eritroblastos (clulas rojas nucleadasinmaduras). Este y anti-B, reaccionarn intensamente con la sangre de los fenmenoes responsable descriptivotrmino eritroblasdei otros tres grupos (4, B y AB) aunque antes se crea que, al tosis La anemia puede dar lugar a abortos espontneos fetal. carecer de ambos tipos de antgenos,podan ser ..donantes o a recin nacidos muertos. Dado que los anticuerpos ma(cualquierapodra recibir su sangre).Similar es universales>> ternos pennanecen en la circulacin del recin nacido, la el casode las personascon sangre del grupo AB que fueron destruccin de los eritrocitos contina en el neonato, lo denominados