Tema 3 Alteraciones Genéticas I PDF

Bases Moleculares de la Patología-I Grado en Biomedicina Tema 3. Alteraciones Genéticas I Dr. Marcello S. Rossi S. Curso 2024-2025 Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. ...

Bases Moleculares de la Patología-I Grado en Biomedicina Tema 3. Alteraciones Genéticas I Dr. Marcello S. Rossi S. Curso 2024-2025 Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Objetivos Los objetivos de que se pretenden alcanzar en este tema son: Repasar algunos conceptos básicos de Biología y Genética Molecular Repasar las principales fuentes de las variaciones genéticas en el ser humano, y reconocer el papel de las mutaciones y sus diferentes tipos, en la variabilidad genética y en el desarrollo de patologías. Comprender el papel de alteraciones o fenómenos epigenéticos como causantes de patologías a nivel molecular, y de los mecanismos de reparación del ADN Repasar los conceptos clave de herencia mendeliana, así como los distintos mecanismos de herencia operantes en el ser humano y en las distintas patologías. Tema 3. Alteraciones genéticas I Dr. Jesús 2 Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Biología Molecular y Citogenética La Biología Molecular es una rama de la Biología que estudia la estructura, composición, función y las relaciones que se establecen entre las biomoléculas que forman parte de las células de los seres vivos. En el campo de las ciencias de la salud, permite: ✓ El avance en el conocimiento de los procesos biológicos normales y patológicos, lo cual ha permitido a su vez al desarrollo de tratamientos de enfermedades, basados en procedimientos dirigidos a restaurar las vías moleculares específicas alteradas o que dejan de funcionar. ✓ El diagnóstico más preciso y cada vez menos invasivo de las enfermedades. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Biología Molecular y Citogenética La Citogenética es la rama de la Genética que estudia el material hereditario dentro de la célula, centrándose fundamentalmente en el análisis de la estructura, función y comportamiento del ADN que se condensa durante la división celular para formar los cromosomas. Se ha convertido en una herramienta de gran importancia que permite: ✓ Realizar el diagnóstico en pacientes con indicación clínica de cromosomopatías, cánceres, enfermedades metabólicas, etc. ✓ Asesorar a las familias en relación al comportamiento genético de dichas enfermedades, su pronóstico y riesgo de recurrencia. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Importancia de la Biología y Genética Molecular Diagnóstico molecular: Todas las especialidades clínicas aplican la biología molecular (PCR, ISH, IF, IHQ, Secuenciación, Microarrays, etc…) para el diagnostico, seguimiento, predicción del curso de la enfermedad, selección de terapias y monitorización, e incluso vigilancia epidemiológica de enfermedades. Genética molecular: Permite el análisis del ADN humano en relación con la enfermedad. Desde la comparación de la secuencia de ADN de un determinado gen entre paciente y el gen WT (Silvestre), hasta la comparación de genomas entre células tumorales y sanas de un mismo paciente, y los estudios metagenómicos de comunidades de microorganismos patógenos o no, en condiciones de enfermedad o normalidad. Año 1995-2020 Era de oro de la secuenciación de genomas. Año 2000 → primer borrador del genoma humano. Año 2003 → primera publicación del genoma humano. Actualidad mas de 5.000 test genéticos disponibles. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Estructura Molecular del ADN humano ADN humano organizado en cromosomas (22 pares autosómicos + 1 par sexual). Tamaño total genoma ≈ 3 billones de pb. (3.000.000.000.000 pb.) En forma lineal el ADN contenido en una célula humana mide aproximadamente 2 m. Tamaño de Cromosomas oscila entre 33,4 Mb (Chr.-22) a 263 Mb (Chr.-1). Aproximadamente 1/2-2/3 del genoma representado por secuencias repetitivas (no codificantes). El resto de secuencias no repetitivas incluye a los genes. Aproximadamente el 2% genoma codifica para proteínas (60.000.000.000 pb.) 1Mb = 1.000.000 pb. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Estructura Molecular del ADN humano No todas las secuencias de nucleótidos codifican. Entonces ¿¡Hay secuencias de nucleótidos “basura” en el ADN!? Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Genoma humano Es el total de información genética del organismo (incluye la contenida en el ADN nuclear y el ADN mitocondrial). Cada ser humano o individuo tiene un genoma único. El 99,9% del genoma es idéntico entre individuos → nos define como especie. Sin embargo 2 personas no relacionadas → 3 x 106 variaciones en la secuencia → nos definen como individuos diferentes entre sí. La mayoría de estas variaciones no tienen relevancia biológica observable, pero si pueden tener efectos (no detectables) y dan lugar a la diversidad existente en humanos. Otras diferencias determinan cambios fenotípicos detectables Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Genoma humano Variaciones genéticas: Polimorfismos: variaciones que ocurren a una frecuencia ≥1% dentro de una población. ✓ SNPs (single nucleotide polymorphism). Son las más frecuentes. Afecta a una única base. Hasta la fecha se han identificado unos 10 x 106 SNPs. ✓ STRs (short tamdem repeats) variaciones en el número de copias de una secuencia repetida pequeña (1-10 nucleótidos) en un determinado locus. Son una fuente común de diferencia genética entre individuos → usadas en el análisis forense. ✓ Otros Deleción/Duplicación: Eliminación o repetición de un fragmento de secuencia (hasta varios miles de pb) que puede contener genes → CNVs (variantes de numero de copias). Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Polimorfismo (SNP) Single Nucleotide Polymorphism Son variaciones en la secuencia del ADN que afectan a un solo nucleótido. Se presenta en al menos 1% de la población mundial. Los SNP constituyen el 90% de todas las variaciones genómicas humanas. Aparecen en promedio cada 100 a 300 pb a todo lo largo del genoma. Aproximadamente 2/3 corresponden a sustituciones de C por T. Pueden aparecer en regiones codificantes o no codificantes del ADN, e incluso en el ARN. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Polimorfismo (SNP) Single Nucleotide Polymorphism Son variaciones en la secuencia del ADN que pueden: ✓ Determinar una expresión diferencial de síntomas de una enfermedad (Ej: Bronquiolitis Alveolar Pediátrica) ✓ Afectar la respuesta de las personas a fármacos ✓ Aumentar la susceptibilidad a ciertas enfermedades. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Polimorfismo (SNP funcionales): Functional Single Nucleotide Polymorphism Los SNP codificantes (cSNP) son los que afectan la función de la proteína Los SNP reguladores (rSNP) tienen implicaciones funcionales sobre los niveles de expresión génica. Los SNP ARN estructurales (srSNP) son los que alteran el corte y empalme del ARN, la estabilidad del ARNm y su traducción. Los rSNP y srSNP que aparecen en el ADN tienen una importancia funcional, como determinantes genéticos de enfermedades como: ✓ Hipertensión Arterial (HTA) ✓ Obesidad ✓ Artritis reumatoide ✓ Enfermedad de la arteria coronaria, etc. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Polimorfismo (SNP funcionales): Functional Single Nucleotide Polymorphism El análisis genético de los SNPs puede revelar también el riesgo de padecer enfermedades como: ✓ Parkinson ✓ Diabetes ✓ Trastorno bipolar Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Microsatélites Son regiones sin función conocida dispersas por todo el genoma eucariota. Se describieron por primera vez dentro del ADN satélite, y por ser de pequeño tamaño recibieron el nombre de Microsatélites Se conocen también como Simple Sequence Repeats (SSR) Tienen una alta variabilidad de secuencia (son polimórficas) entre individuos. Se caracterizan por ser repeticiones de una serie de unidades compuestas por 1-6 nucleótidos. Pueden llegara a tener una longitud total de 100 pb. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Microsatélites La cantidad de segmentos repetidos en una secuencia microsatélite con frecuencia varía entre las personas. Esta variabilidad las hace útiles como marcadores polimórficos para estudiar: ✓ Patrones de herencia en familias ✓ Para crear una huella dactilar de ADN (DNA Fingerprinting), a partir de muestras obtenidas en la escena de un crimen. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Mutaciones génicas En una cadena de ADN, los genes pueden experimentar cambios diversos. Las mutaciones génicas son alteraciones en la secuencia de nucleótidos de la cadena de ADN. Según el mecanismo que las determina, estas pueden ser: ✓ Sustituciones (cambio de un solo nucleótido por otro distinto al que debería aparecer en la secuencia). ✓ Adiciones (se agregan 2 o más nucleótidos). ✓ Supresiones (se suprime un nucleótido). ✓ Deleciones (se pierde un segmento del ADN del gen). Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Mutaciones génicas Según su efecto, las mutaciones pueden ser: ✓ Deletéreas (conducen a la muerte, o enfermedad en el organismo que lo experimenta) ✓ Benéficas (suponen una ventaja adaptativa y selectiva en el organismo que lo experimenta) ✓ Sin efecto (no desencadena enfermedad al no afectar la funcionalidad de los genes y proteínas implicados) Según la extensión del cambio genético ↑ Resistencia ↓ Resistencia puede ser: Malaria Malaria (Plasmodium sp) (Plasmodium sp) ✓ Genómicas: ▪ Afectan a todo el genoma o conjunto total de los genes de un organismo. ▪ Determinan cambios en el número de cromosomas por ganancia o pérdida de cromosomas. ▪ Ejemplos: Síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21), síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X). Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Mutaciones génicas Según la extensión del cambio genético puede ser: ✓ Cromosómicas: ▪ Afectan a fragmentos de cromosomas. ▪ Conducen a alteraciones en la estructura de los cromosomas por pérdidas, duplicaciones, inversiones o translocaciones de segmentos cromosómicos, que determinan la alteración del orden o la cantidad de genes en un cromosoma. ▪ Ejemplos: Síndrome del maullido de gato o de Cri du Chat (deleción del brazo corto del cromosoma 5). Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Según las células que afectan, las mutaciones pueden ser: ✓ Somáticas si ocurren en células somáticas → Cáncer (Neoplasias no hereditarias) ✓ Germinales si ocurren en células madre que dan origen a nuevas células, o en células germinales reproductivas (precursores de óvulos y espermatozoides) → Cáncer (Neoplasias hereditarias que se pueden transmitir a las generaciones hijas) Cáncer de pulmón Melanoma maligno Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Agentes mutágenos Son aquellos capaces de alterar la secuencia de nucleótidos del ADN Tipos de Mutágenos Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Características y tipos de mutaciones genéticas Mutaciones En genética se refiere a cualquier variante genética que produzca cambio en la secuencia con respecto al WT (sea o no funcional /patogénica). En patología muchas veces se refiere únicamente a los casos en los que producen una enfermedad. En algunos casos si las mutaciones se presentan con una frecuencia ≥1% dentro de la población → mutaciones polimórficas (ej:mutacion ∆F508 de fibrosis cística en Europa del Norte, mutación HbS de la anemia falciforme en África). La mayoría de las mutaciones son muy raras a nivel poblacional. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Características y tipos de mutaciones genéticas Mutaciones Algunas incluso afectan a una sola familia → Mutaciones privadas (ej: mutación con pérdida de sentido por cambio homocigótico de una G por una A en el exón 11, cambiando una valina por una metionina en el codón 456 [V456M]). La mutación previamente descrita afecta a un aminoácido conservado de la Miofosforilasa o glucógeno fosforilasa, no estaba presente en la población control estudiada, afecta la actividad de la enzima ocasionando la enfermedad de McArdle (glicogenosis tipo V) → imposibilidad de movilizar glucosa a partir del glucógeno → miopatía metabólica Mutaciones privadas en el gen de la miofosforilasa: primer caso en un paciente de origen latinoamericano. I. Fernández-Cadenas, G. Nogales-Gadea, D. Llige, J.C. Rubio, J. Montaner, J. Arenas, M. Raspall-Chaure, M. Roig-Quilis, A.L. Andreu[REV NEUROL 2007;45:280-283]PMID: 17876739DOI: https://doi.org/10.33588/rn.4505.2007199 Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Tipos de mutaciones genéticas Según el impacto directo que tienen sobre secuencias codificantes de aminoácidos en las proteínas: Mutaciones Nonsense, sin sentido, cambio de un aa por un codón de terminación. (AA1 → STOP) Mutaciones Missense, de pérdida de sentido, cambio de un aa por otro. (AA1 → AA2) Mutaciones Silent, silentes, silenciosas o sinónimas, no hay cambio en aa en esa posición de la secuencia, si bien se produce cambio en la secuencia de nucleótidos. (AA1 → AA1) Mutaciones Indels: ✓ Ocurren normalmente por inserción o deleción de pocos nucleótidos. ✓ Pueden ser muy extensas afectando exones completos, genes o incluso varios genes en una región codificante ✓ Pueden o no producir cambios de fase o marco de lectura (Frameshift). Inserciones Deleciones Frameshift mutations Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S. Tipos de mutaciones Características genéticas y tipos de mutaciones. Según el impacto directo que tienen sobre la función de las proteínas: Mutaciones de perdida de función (LOF): ✓ Reducen la actividad de un gen, ya sea impidiendo la traducción de la proteína codificada, o disminuyendo su actividad. ✓ Pueden producir una perdida total o parcial de función (loss-of -function, lof). ✓ También pueden producir un cambio de la función (ej: activación constitutiva en una proteína que solo se activa ante determinados cambios postraduccionales). Mutaciones de ganancia de función (GOF): ✓ El producto normal de un gen se expresa de forma inapropiada (en niveles anormalmente altos y/o en el momento o lugar equivocados), o adquiere una nueva función anormal por alteración del propio producto del gen. Dr. Jesús Romero Dr. Marcello S. Rossi S.  Tipos de mutaciones Características genéticas y tipos de mutaciones. ✓ Según Priori et al. (2015), en individuos sanos el intervalo QT del ECG oscila entre 350 y 450 ms en los varones y entre 360 y 460 ms en las mujeres. ✓ El SQTC es una enfermedad arritmogénica primaria que se caracteriza por un intervalo QT del ECG anormalmente corto (QTc ≤ 320 ms) o de un intervalo QTc