1

Tratar de desarrollar mtodos de diagnstico, teraputicos y mtodos de prevencin de enfermedades. No hay que esperar que se desarrolle la enfermedad. si prevenimos, podemos evitar algunos de los sntomas o toda la enfermedad. Tratamos de descubrir marcadores de la enfermedad. Cul o cules son las molculas causantes.

La fuente de la biomedicina molecular es la investigacin bsica, tratar la molcula.

2

William Osler fue el padre de la biomedicina. Postul que los objetivos de un mdico deberan ser intentar localizar el secreto de la enfermedad para buscar las fuentes que causan esta enfermedad y correlacionar estos datos para posbiles futuras enfermedades. Variability: variabilidad innata del ser humano. Incluso los gemelos son diferentes(epigentica distinta). Esto es debido al medioambiente (lo que comemos, el ejercicio fsico, etc), hace que la forma en la que el contenido gentico se expresa sea diferente. El tratamiento es lo complicado (encontrar un tratamiento ideal para cada persona).

3

Archival Garrod: Estudiar los fluidos (orina) y estudiar los metabolitos presentes en los enfermos. Metabolitos asociados a rutas metablicas. Cualquier fallo en cualquiera de estos pasos, va a producir que se acumule el reactivo y va a presentar una patologa ms o menos grave. Ej. acumulacin de amoniaco en la orina. Si no se elimina causa importante toxicidad. 1920-30 V. McKusick dedujo que debera haber una clasificacin sistemtica de una determinada enfermedad con el gen asociado. Sistema OMIM: Se le atribuyen 6 dgitos a cada enfermedad cuyo origen homogentico se conoce. Se suele actualizar semanalmente. En esta clasificacin se utilizan parmetros como modo de herencia, etc. - 1er dgito, modo de herencia (1, enfermedad de carcter dominante

en un gen autosmico; 2, recesivo; 3, ligada al sexo; 4 , mitocondrial )

- 2ndo dgito en que cromosoma se encuentra Con estos 6 dgitos queda totalmente definida la enfermedad. Es caracterstico de todas enfermedades genticas que la enfermedad se deba a dficit de una enzima. Heredabilidad recesiva.

4

Asociar el genotipo a un fenotipo determinado ha podido desarrollarse gracias al estudio de las protenas. Se puede conocer la estructura de una protena en condiciones normales y patolgicas para ver si existe alguna diferencia. Hay aproximadamente un 98% de material gentico que no da lugar a protenas. (DNA basura). Este DNA es el "interruptor" del resto de los genes que se tienen que transcribir. Se transcribe a RNa y este regula el RNAm que se transcribe a protenas. Con el descubrimiento de la estructura del DNA se pas de las protenas (difciles de estudiar, de trabajar con ellas, etc). Sin embargo, el DNA es muy fcil de secuenciar, puedo localizar las mutaciones por terminacin impropia, alteracin en un aminocido, etc. CRONOLOGA 1985: PCR implic que con una pequea cantidad podemos tener una gran cantidad de DNA. 1990: Comienzo del proyecto genoma humano. Se pensaba que al conocer el origen podramos arreglar las enfermedades. solo un 2% de diferencia con el genoma del ratn. La diferencia no est en el genoma si no en cmo se expresa ste. No hay asociacin del DNA (la

5

secuencia) con una enfermedad, pero s hay asociacin de patrones de DNA. RNA interference: Importante para regular la expresin de estos genes. 2012: Yamanaka, clulas diferenciadas podran transformarse en celulas madre con capacidad de formar cualquier tipo de clula en un organismo vivo. Aun no se controla la tcnica, podemos curar la diabetes pero provocar un cncer.

6

Definicin gentica de la enfermedad: Asociamos una enfermedad al genotipo. Hoy en da se pueden asociar muchas enfermedades de herencia mendeliana y definir los loci que estn implicados. Tambin podemos definir enfermedades polignicas pero es importante decir que el parmetro clnico y gentico deben ir ligados.

Migraas se han asociado a condiciones ambientales. El contenido gnico est predispuesto a expresarse en diferentes ocasiones y frente a diferentes situaciones.

7

Diferentes mutaciones en el mismo locus Sndromes diferentes. Cada mutacin da lugar a una enfermedad distinta. Una mutacin en el mismo locus (nico sitio donde se aloja un gen; y este gen formado por los exones) puede dar lugar a una sobreactividad de este gen o una infractividad, produciendo enfermedades distintas. Sobreactividad: Unin ligando alterado, se va a poner a fosforilar sin ligando, sin estimulacin. Esta fosforilacin excesiva hace que comience a crecer, produciendo cncer. Infractividad: No responde siquiera a ligando (aunque se una el ligando, no hay respuesta) . Puede ocurrir que ciertos rganos que tienen que ser enervados no lo sean porque no llegan las neuronas a ellos. Falta de movilidad en el esfago, atasco, infeccin que puede provocar una sepsis, pasando la infeccin a la sangre. El conocimiento de una mutacin determinada sin asociar un fenotipo ms no nos dice nada. Si no se dan las condiciones adecuadas, si estamos en un ambiente contaminado o no contaminado, una ingesta de comida u otra puede llevarnos o no a esa enfermedad solo nos predispone.

8

Mutaciones en diferentes loci mismo sndrome clnico. Hemos detectado en el cromosoma 17 una regin que codifica para un gen determinado secuenciado que sabemos que produce la protena BRCA que produce el cncer de mama hereditario. Las hijas se someten a la secuenciacin y no tienen esta mutacin en el cromosoma 17. Al cabo de un tiempo desarrollan cncer. La mutacin estaba en el cromosoma 13. Otra protena, BRCA, que no es la 1 , es la 2 pero tienen la misma funcin. Las unidades de consejo gentico estn muy bien para mutaciones muy especficas y definidas como el cncer de clon. Comenz como un consorcio pblico pero posteriormente apareci Celera Genomics que era una empresa privada que hizo que se llevara a cabo ms rpido la secuenciacin del genoma humano.

9

La complejidad est en como se expresan dichos genes.

10

Promotores a los que se unen y dicen si se va a transcribir o no. La parte promotora es la que dice si se va a traducir.

11

Cdigo de colores. Rojo son las que finalmente nos va a dar lugar a la secuencia de la protena. Negro: se transcriben pero no se traducen. Verde: nos dice si estas dos regiones, la negra y la roja, se van a transcribir. La regin de arriba no se sabe hasta donde llega, cuntos pasos se necesita.A partir del conocimiento de algunos promotores, buscamos secuencias promotoras en la secuencia.

12

LINEs, SINEs, LTR, Transp. Estas secuencias altamente repetitivas que suelen tener origen en genoma vrico. No codificantes para protenas, pero si para RNA. Estudio en el futuro. FACTOR VIII: patologa o anomala que produce las hemofilias. Asociado al cromosoma Y (herencia recesiva). Las mujeres no tendrn hemofilia pero pueden ser portadoras. NF1: Neurofibromina puede producir malformaciones y generalmente generacin de tumores pero tiene un fenotipo muy variado, desde las manchas caf con leche muy esparcidas por todo el cuerpo hasta malformaciones en generacion de tejidos externos (crecimiento excesivo de los tejidos) neurofibromiosis. El mecanismo molecular consiste en que la NF actua como un factor inhibidor de crecimiento sobre la protena RAS. sta es una protena de oncogen que controla el crecimiento celular. Si esta protena la tenemos mutada hay un crecimiento celular descontrolando, que es lo que genera los tumores.

- TIPO I : Nivel muscular y ganglios distribuidos por el cuerpo que no son cerebrales.

- TIPO II: Tejido cerebral.

A mayor tamao mayor probabilidad de encontrar genes. Un tamao medio de 4kB

13

DISTROFINA (DMD): Contraccin muscular, patologa que supone la aparicin de un codn de stop. No se produce la protena. Distrofia muscular de DUCHENE, la ms grave. Alteracin del crecimiento, sobre todo musculacin lisa, se degenera el msculo. Msculos no son capaces de mantener erguido el cuerpo y se van deformando. Muerte por parlisis de rganos. musculo cardiaco o musculo respiratorio. Hay una distrofia menos grave porque se produce un acortamiento de la protena, que puede suplir un poco de la funcin. distintas razas y poblaciones

humanas para comparar.

14

En sus inicios (2005-06) surgi como una necesidad de intentar descifrar lo que haba sido la secuenciacin del genoma humano. Explicar por qu habia tan pocas diferencias. Sigue en proceso proque se va ampliando, ya se va por el 10%.

Esto ha llevado a redefinir lo que es un gen. gen: unin de las secuencias genmicas que codifican un conjunto coherente de productos funcionales, potencialmente solapantes. La funcin no tiene porqu ser una protena. solapantes: una misma secuencia puede dar lugar a diferentes moleculas con diferentes funciones.

15

Importancia de los RNA como agentes funcionales. Hoy en da hay muchas tcnicas teraputicas que basan su inters en los efectos del RNA de interferencia*.

16

Todo proceso patolgico tiene su origen en un gen:

- Enfermedades monognicas: herencia mendeliana. Siguen las leyes de mendel. Son las ms numerosas, pero son las que afectan a menos personas (enfermedades poco frecuentes, raras, que afectan a menos de 5 individuos por 10.000 habitantes). Estas patologas no estn muy investigadas a nivel de diagnstico y tratamiento.

- Enfermedades polignicas: Dependen de ms de un gen. No son muchas (4 0 5) como cncer, obesidad relacionada con diabetes, etc. Afectan a mucha gente, son muy complejas. Muchos gobiernos financian todos los programas destinados a la investigacin de estas enfermedades.

Las principales causas de mortalidad tienen factores genticos:

- Enfermedades cardacas: A este grupo pertenecen entra hipertensiones, hipercolesterolemia, etc Enfermedades que afectan al sistema cardaco.

- Cncer: Muchas personas no mueren de cncer si no del tratamiento para tratar el cncer. Tratamientos muy agresivos, no soportan el tratamiento (Fallo heptico, parada respiratoria,etc.) Este nmero de mortalidad est infravalorado.

- Enfermedades monognicas: Muchas personas no llegan a nacer, es incompatible con la vida y se produce un aborto. Esto no contabiliza como muerte. Por eso porcentaje tan bajo.

cromosoma 14 prcticamente no tiene brazo corto

Pueden existir sobre mutaciones encima de esa mutacin.

17

Cmo nombrar un cromosoma: - 1er numero: Nmero de cromosoma - Letra: ppequeo (brazo corto) q (Brazo largo) - Nmeros (3-4) se corresponden con la banda en que aparecen. Estas bandas son debidas a tinciones que se hacen de los cromosomas con diferentes colorantes que se intercalan en el DNA dependiendo de la composicin de ste. (TEMSA). La numeracin comienza con la zona ms cercana al centrmero y va aumentando conforme nos acercamos a los extremos.

- Genmicas: Juegos de genomas. Generalmente nosotros tenemos dos juegos genmicos. En humanos es raros encontrar esto, pero el trigo tiene hasta 6 veces su material gentico.

- Cromosmicas: Pueden dar lugar a mejoras de especie o funcin patolgica dando lugar a enfermedad.

o Trisomas o Sndrome de Down o Sndrome de Turner que se elimina o Translocaciones: se intercambian cromosomas

18

No balanceada: Un cromosoma se queda ms largo que otro al llevar a cabo la translocacin.

19

- Pleiotropismo: Es muy difcil asociar un genotipo a un fenotipo. Nuestro organismo es multifuncional y multirgano. No todo el mundo responde igual ante una enfermedad porque depende del nivel de expresin de un gen. No todo el mundo lo "demuestra" igual. - Mosaicismo: Inicialmente pensamos que todas nuestras clulas presentan el mismo material gentico. El material gentico es nico pero en cada divisin celular ocurren mutaciones y reordenaciones del material gentico. Ej. sindrome de down. El nivel de expresin esvdiferente (diferente grado de afectacin). No todas las clulas presentan trisomas. El 1% de la poblacin general presenta mosaicismo gentico. En la mdula sea pueden existir clulas con diferente material Rechazo.

20

- Carcter penetrante con expresividad constante: Presente en toda la poblacin y adems con expresividad constante. Todos presentan el mismo fenotipo y con el mismo grado. - Carcter penetrante con expresividad variable: En la NF la expresividad es muy variable, porque pasa de una simple mancha a un tumor. La penetrancia es total porque todos lo expresan pero la expresividad es variable porque no todos presentan tumor. Penetrancia baja a todo lo que est por debajo de 100%

- Penetrancia total (100%) - Penetrancia baja (

21

22

- Herencia mtDNA: Las mitocondrias se heredan solo de las madres. No son caracteres ligados al cromosoma x, debido a que no estn ah, pero si estn ligados al sexo femenino.Como afectan a las mitocondrias y su

23

funcin es proporcionar energa a las clulas, cualquier alteracin en ellas afectar a la funcin deproporcionar energa en los rganos que ms la necesitan. Neuropata ptica hereditaria de Leber: Degeneracin. Pierde toda la visibilidad en la adoslescencia.

- Impronta gnica: No se hereda como cualquier gen pero s que hay un patrn de herencia de la impronta. Los cromosomas saben de aquellas regiones que estn metiladas y tienen que desmetilarse para la divisin y que luego tienen que metilarse de nuevo. No es una herencia basada en el material gnico. Prader-Willi, Angelman: Neurodegenerativas.

- Mosaicismo gonadal: Variabilidad en el contenido gnico asociadas a las clulas germinales. Por lo tanto, se heredan.

- Expansin de tripletes: Produce un gran nmero de enfermedades asociadas a procesos neurolgicos y neurodegenerativos. Es un factor predictivo. Se va aumentando conforme van pasando de generacin en generacin. Cromosoma X frgil: Uno de los ms estudiados.

Enfermedades del consejo gentico. Personas que tengan predisposicin pueden desarrollar la enfermedad. Si no esa persona, sus descendientes si la padecern. Enfermedad de Huntigton: Tembleque, discapacidad con el tiempo.

24

- Gentica o de locus - Fenotpica, Fenotropismo

Si hay deleciones, multiplicaciones, etc siempre se va a producir una enfermedad. Mutaciones que no producen enfermedad en segn qu casos. SNP muy abundantes en el organismo y pueden producir variaciones fenotpicas pero no patolgicas. Puede determinar en algunos casos riesgos de padecer enfermedad pero no se tiene y tambin puede determinar como responde el organismo a determinados factores ambientales. Generalmente cualquier tratamiento qumico es la ingesta de algo, un frmaco que es un xenobioico que tiene que ser eliminado. En funcin de cmo trabajen de bien estas enzimas as sera la respuesta del organismo a esta frmaco.

25

Diferencia es la frecuencia. Para que un SNP sea considerado como tal tiene que darse al menos en un 1% de la poblacin. Todas las mutaciones que se den menos de ese 1% sern mutaciones puntuales. SNP: Mutaciones puntuales con una frecuencia mayor de 1% en la poblacin. Esto significa que tiene un sentido que sean as por la frecuencia, si no seran al azar. La presencia de SNP y las asociaciones de stos tiene una significacin mas all del estudio de una mutacin puntual. En el genoma humano se est encontrando ms frecuentemente. Puede haber entre 3.000.000 y 6.000.000 de SNP. Normalmente son cambios de A a T. Cambio sinnimo: Da el mismo aminocido Cambio no sinnimo: cambio de aminocido, puede dar lugar a un cambio estructural de la protena. Se pueden dar alteraciones en regiones promotores dando lugar a cambios en la cantidad, espacio o tiempo de la expresin gnica.

26

Tambin se pueden dar en intrones (alteraciones en el spliciing de la protena dando lugar proteinas anmalas). Regiones no codificantes, que tambin pueden ser reguladoras. SNP no es sinnimo de enfermedad, da variabilidad al ser humano. Es como la huella gentica. Haplotipo: No es un SNP, es el estudio de asociaciones de SNP. Una asociacin de SNP origina un haplotipo determinado que generalmente va a ser una asocacin de SNP q van a estar localizados a determinada distancia para que segreguen juntos (van a terminar en la misma cromtida). Para que un conjunto de SNP formen un haplotipo deben estar suficientemente juntos. Por esto se mantienen SNP de padres a hijos. HAPMAP: Mapa de haplotipos con el fin de indagar ms en porque la diferencia, porque muchas veces no se puede asociar un gen a una enfermedad. Asignar SNPs a un grupo de molculas determinado. El estudio de HAPMAP es an diverso y no da informacin concreta. 8 Possible haplotypes: Cuando se estudia la poblacin se observa que unas son ms probables que otras.

las que aparecen sombreadas son las que no son probables.

27

Se identifican grupos de haplotipos asociados a enfermedades. Se coge una poblacion de personas que sufren una determinada enfermedad, se estudia un conjutno de haplotipos y se intenta asociar estos haplotipos a la enfermedad. Lo que se ha encontrado es que hay alrededor de 300 haplotipos relacionados con 150 enfermedades complejas. Esto me va a llevar a poder hacer un diagnstico. Biomarcador, puedo utilizar como biomarcador la glucosa para localizar una diabetes, pero hay enfermedades de las que se desconocen biomarcadores. Es muy importante encontrar marcadores de esas enfermedades y los haplotipos nos pueden ayudar a eso. Hoy en da es inviable, no se hace porque no nos da informacin, somos muy variables y a no ser que se haya establecido un estudio como este no sirve. Es un campo en el que se esta tratando de avanzar.

28

Agrupacin familiar: An asociando determinados genes a familias hay condiciones ambientales que pueden o no definir si la va a padecer. Podemos pasar de enfermedades monognicas cuyo causantes son los genes mayormente a enfermedades polignicas donde los factores ambientales son ms importantes. El fenotipo de una persona depende de varias cosas entre ellas el contenido gnico, el ambiental y un factor bastante importante es la epigentica.

El factor epigentico es lo que da lugar a la evolucin, diversidad, complejidad. Interesa estudiarla en humano

Desde los genes hasta factores mediambientales. En todos ellos est el factor epigentico.

La complejidad aqu se refiere a que hace an mas dificil el estudio de las enfermedades.

29

Regulacin epigentica: Condensamiento de la cromatina, fenmeno sumamente variable. En cada clula se condensa y se descondensa de una forma muy variada.

30

Se tiene en primer lugar el factor epigenerador (tabaco, etc). Una vez que ese factor llega al ncleo de la clula se establecen cambios en el material gentico. RNA no codificantes o protenas. Se necesita adems algo que mantenga ese cambio epigentico (cambios en las histonas, modificadores de DNA, variantes de histonas que no son histonas reales, etc.) Todo ello hace que se genere un factor epigentico que aunque no es propiamente el material gentico, tambain es heredable. Nuestro estilo de vida lo vamos a dejar de herencia a nuestras futuras generaciones.

31

Ubiquitinacin: Ubiquitina se asocia a protenas y les indica que orgnulos tienen que ser destruidos o trasladados a algun lugar. En funcin de la cantidad que tengan, las histonas tendrn una direccin u otra dentro de la clula. Impronta gnica: Deja una especie de huella en el DNA que es hereditaria.

32

Genes que en un momento determinado se anulan y no tienen ninguna funcin. Del cromosoma x (uno de los cromosomas x se silencia). Hay unos cuantos en el genoma humano que estn regulados por esta forma. Marcados con estrellitas. Cuando son expresados y no deberan pueden producir una patologa. Sndrome de Prader-Willi: Silenciamiento del cromosoma materno. Sndrome de Silver-Russell: Silenciamiento del cromosoma paterno. Vidaza: frmacos cuya diana son factores epigenticos. Patrones de factores epigenticos. Puedo desarrollar frmacos que me ayuden a acabar con enfermedades. Hacer que se exprese el gen de factor supresor de tumeros (no se sabe como se puede hacer, prque tambin se puede inducir otro tumor).

33

Mapa: Tenemos la contribucin de la transcriptomica, protemica,etc que todas ellas nos ayudan a conocer la enfermedad. Medicina preventiva: si el diagnostico es precoz. Terapia Gnica: En algunos casos. Tambin terapica proteica.

34

1990 El conocimiento ha hecho que cambiemos el punto de vista. Antes no importaba el entorno, estudibamos nicamente la molcula. 2000 Hay que entender el proceso biolgico como un todo.

35

Tambin hay que estudiar el transcriptoma, los transcritos de los genes son los que dan lugar finalmente o no a la protena. Una celula cancergena, antes de ser cancergena tiene el mismo genoma que tena antes, a no ser que haya mutacin de un gen, asi que lo probable es que haya habido un cambio en el transcriptoma. Una clula cancergena tienen el mismo genoma antes y despus del tratamiento normalmente. Ciertos tratamientos son resistidos por las clulas cancergenas. Ha cambiado el transcriptoma. esa clula se defiende produciendo una protena que antes la tena, pero la expresaba poco. Ante un ataque qumico, produce ms protena cuya funcin es expulsar dicha sustancia qumica, hacindose resistente.

36

El proteoma es dinmico por lo que no es fcil de definir algo exacto. Va cambiando con el tiempo. Hay que definirlo con muchos parmetros. Localizacin: En muchas enfermedades la protena se expresa pero no el sitio adecuado. Estudios encaminados a hacer un anlisis de los metabolitos de un individuo y asociarlos con la enfermedad. Si se acumulan, deducimos que la enzima que los produce est afectado. Es ms fcil analizar metabolitos porque suelen estar en fluidos fcilmente accesibles como sangre. Tnicas HPLC, cromatografa de alta definicin.

37

Es ms facil asociar un metaboloma con la ingesta de un frmaco determinado. Si se acumula podemos deducir que el enzima capaz de metabolizar ese frmaco est mal . Fuente de biomarcadores : Ms facil utilizar como biomarcador una sustancia que se encuentra en la orina y en la sangre que una que est en el DNA.

38