Transtornos Genéticos, Manuais, Projetos, Pesquisas de Farmácia

Baixe Transtornos Genéticos e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Farmácia, somente na Docsity! MUTACIONES Síndrome de Martan TRASTORNOS MENDELIANOS Síndromes de Ehlers-Danlos TRASTORNOS ASOCIADOS A RAROS ANN DEFECTOS DE LAS PROTEÍNAS MONOGÊNICOS DE LOS RECEPTORES Trastornos autosómicos Hipercolesterolemia familiar Srsfgagitas TRASTORNOS ASOCIADOS Trastormos autosômicos A DEFECTOS ENZIMÁTICOS recesivos S de Trastornos ligados al Cursa ade as de CoPeRIe cromosoma X BASES BIOQUÍMICAS Y (Gangliosidosis GM): MOLECULARES DE LOS Déficit de la subunidad a poco )RNOS MONOGÉNICOS de /o hexosaminidasa “P NEN Ê Enfermedad de Niemann-Pick: | Defectosenzimáticosy sus HposAyB consecuencias | Enfermedad de Gaucher Defectos de los receptores js jdosis y de los sistemas de rias é poda Enfermedades por depósito de glucógeno Alteraciones de la estructura, (Glucogenosis) función o cantidad de Arne. PrOtSÍNAS nO Onzimáticos | Alcaptonuria (Ocronosis) Reacciones adversas a los TRASTORNOS ASOCIADOS A fármacos determinadas DEFECTOS DE LAS PROTEÍNAS genéticamente REGULADORAS DEL TRASTORNOS ASOCIADOS A CRECIMIENTO CELULAR DEFECTOS DE LAS PROTEÍNAS Neurofibromatosis: ESTRUCTURALES tipos 1y2 Los trastornos genéticos son mucho más frecuentes de lo que Enfermedad de Tay-Sachs MULTIFACTORIAL MUTACIONES POR REPETICIÓ! DE TRIPLETES: SÍNDROME DEL CROMOSOMA X FRÁGIL CARIOTIPO NORMAL E S f Mestable de TRASTORNOS nucleótidos CITOGENÉTICOS MUTACIONES DE LOS GENES TRASTORNOS CITOGENÉNICOS NTE SHEA QUE AFECTAN À LOS AUTOSO NAS HEREDITARIA DE LEBER Trisomía 21 (síndrome de Down) IMPRIMACIÓN DEL GENOMA Otras trisomías Síndrome de Prader-wil Síndrome de deleción y síndrome eromosómica 22q11 de Angelman TRASTORNOS CITOGENÉTICOS MOSAICISMO GONADAL QUE AFECTAN A LOS Ê CROMOSOMAS SEXUALES DIAGNÓSTICO Síndrome de Klinefeiter MOLECULAR Sindrome xvY DIAGNÓSTICO DE LAS Síndrome de Tumer ENFERMEDADES Mujeres multi-X GENÉTICAS Hermatroditismo y ; Pseudohermalrodilismo DIAGNÓSTICO DIRECTO DEL GEN RICOS DIAGNÓSTICO INDIRECTO DEL DNA: ANÁLISIS CON HERENCIA DE LIGAMIENTOS NO CLÁSICA enfermedades cardiovasculare e deben a inte hipertensión, como la ateroesclerosis y la ciones complejas entre los ge- se supone. Se calcula que la frecuencia de las enfermedades hereditarias a lo largo de toda la vida es de 670 por 1000". En esta cifra se incluyen no sólo los trastornos genéticos «clási- cós»y sino también er câncer y tas enfermedades vasculares, las dos causas que más muertes producen en el mundo occi- dental. Ambas tienen componentes genéticos importantes. Las nes y el ambiente, y hoy se sabe que la mayoría de los cánce- res son consecuencia de la acumulación de mutaciones en las células somáticas (Capítulo 8). Las enfermedades hereditarias que se observan en la prácti- ca clínica representan solamente la punta de un iceberg, es de- 149 150 mM Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS cir, aquellas que, con errores genotípicos menos extremos, permiten el desarrollo embrionario completo y el nacimiento de un ser vivo. Se calcula que el 50 % de los abortos espontá- neos que ocurren durante los primeros meses del embarazo tienen una anomalía cromosómica demostrable; además, hay numerosos errores menos importantes y otros muchos que si- guen escapando a nuestras posibilidades de identificación. Al- rededor del 1 % de los recién nacidos son portadores de una anomalía cromosómica grave, y un 5 % aproximadamente de las personas menores de 25 afios padecen una enfermedad se- ria que tiene un componente hereditario importante ; Cuántas mutaciones más permanecen ocultas? La contestación a esta pregunta quizá pueda darse en un fu- turo no demasiado lejano gracias al Proyecto del genoma hu- mano. Hacia el afio 2005, este proyecto intentará descifrar la secuencia completa de los 3000 millones de pares de bases del DNA humano. Dentro de este fondo común de nucleótidos se encuentra el código genético de los 100 000 genes humanos que tenemos aproximadamente y sus elementos reguladores. Gracias a este laborioso esfuerzo multinacional se aclarará la «arquitectura genética» de los seres humanos y se obtendrá la tabla periódica de los biólogos”. Gran parte de los progresos de la genética médica derivan de los avances espectaculares logrados por la biología mole- cular, entre ellos las técnicas del DNA recombinante. Los de- talles de estas técnicas son bien conocidos y no se repetirán aquí, pero merecen citarse algunos ajemplos del impacto que han tenido en medicina las técnicas del DNA recombinante. E Bases moleculares de la enfermedad humana. En general, se han utilizado dos técnicas para aislar y caracterizar los genes afectados (Fig. 6-1). El método de la clonación clási- ca o funcional se ha empleado con éxito para estudiar va- rios errores congénitos del metabolismo, como la fenilceto- nuria y los trastornos de la síntesis de la hemoglobina. Se sabe que todas estas enfermedades hereditarias tienen en común un gen cuyo producto y su correspondiente proteína son anormales. Cuando se conoce la proteína alterada, se pueden emplear varios métodos para aislar el gen normal, clonarlo y averiguar finalmente los cambios moleculares que le afectan en los pacientes que padecen la enfermedad. Como en muchos procesos patológicos habituales causados por un solo gen, como ocurre en la fibrosis quística, no ha- bía pistas sobre la naturaleza del producto del gen defec- tuoso, en esos casos se utilizó otra técnica Ilamada de clo- nación posicional, o del «gen candidato». Para empezar, en esta estrategia se hace caso omiso de las pistas bioquímicas del fenotipo y, en su lugar, se procura adscribir topográfica- mente el fenotipo de la enfermedad a un lugar de un determi- nado cromosoma. Esta localización cartográfica se consigue si la enfermedad se asocia a un cambio citogenético caracte- rístico (p. ej., el síndrome del cromosoma X frágil, que se ex- pone más adelante) o si se realizan análisis de ligamientos. En este último método, se averigua la localización aproxima- da del gen por su ligamiento a «genes marcadores» que son conocidos y que se encuentran muy cerca del locus de la en- fermedad. Una vez localizado dentro de unos límites bastan- te estrechos, el siguiente paso consiste en clonar varios frag- mentos del DNA del segmento del genoma que interesa. Seguidamente, se puede utilizar la expresión del DNA clona- do in vitro, y la identificación de los productos proteínicos SS RES "| CLONACIÓN CLONACIÓN FUNCIONAL POSICIONAL À S S Figura 6-1 E Representación esquemática de las estrategias que se utilizan en la clonación funcional y posicional. La clonación posicional comienza al relacionar el fe- notipo clínico con las alteraciones bioquímico-proteínicas, seguidas por el aislamiento del gen mutante. La clonación posicional, Ilamada también méto- do del gen candidato, comienza averiguando la localización (cartografia) y efectuando la clonación del gen alterado mediante análisis de los ligamientos genéticos, sin conocer el producto del gen. La identificación del producto del gen y del mecanismo por el que produce la enfermedad van seguidos del ais- lamiento del gen mutante. para reconocer la proteína anómala codificada por los genes mutantes. Este método se ha usado satisfactoriamente en va- rias enfermedades, como la fibrosis quística, la neurofibro- matosis, la distrofia muscular de Duchenne (proceso heredi- tario caracterizado por debilidad muscular progresiva), la poliquistosis renal y la enfermedad de Huntington. Otro método eficaz para estudiar la patogenia molecular de las enfermedades humanas (tanto hereditarias como ad- quiridas) consiste en crear modelos de la enfermedad en los roedores (ratón, rata). Se pueden obtener dos clases de rato- nes mutantes: los transgénicos y los de genes inactivados o «no expresados» **. En los primeros, se introduce un DNA humano clonado molecularmente en la línea de células ger- minales de unos ratones adecuados inyectándolo en el óvu- lo. La descendencia transgénica expresa el DNA humano y, muchas veces, presenta la enfermedad humana. Así, por ejemplo, los ratones transgénicos del c-myc humano, un gen asociado al cáncer, desarrollan tumores y proporcionan un modelo de ratón útil para estudiar la carcinogénesis (Ca- pítulo 8). En el otro modelo de ratón, «se inactivan» las dos copias de un gen del ratón, sustituyendo los genes normales por genes inactivos. Por ejemplo, se pueden hacer desapa- recer los dos alelos del gen del receptor de las lipoproteínas de baja densidad (LDL), y el ratón resultante, desprovisto entonces del receptor de las LDL, padece hipercolesterole- mia y ateroesclerosis, imitando a lo que ocurre en la enfer- medad humana de la hipercolesterolemia familiar (véase más adelante). Figura 6-4 = Alelo HEXA anormal La inserción de cuatro bases en el gen de la he- : xosaminidasa A de la enfermedad de Tay-Sachs provoca una mutación del marco de lectura. Esa mutación es la principal causa de la enfermedad de Tay-Sachs que padecen los judíos ashkenazis o (De Thompson MW, et al: Thompson and Alelo del Tay-Sachs Thompson Genetics in Medicine, Sth ed. Phila- . delphia, WB Saunders, 1991, p 135.) detención (mutación de terminación de la cadena), Finalmen- te, algunas mutaciones puntuales pueden provocar la forma- ción de proteínas anormales sin alterar ningiún paso de la sín- tesis proteica. Las mutaciones aparecen espontáneamente durante la repli- cación del DNA. Algunas influencias ambientales, como las radiaciones, sustancias químicas y los virus, aumentan la tasa de las llamadas mutaciones espontáneas. El poder mutágeno de los agentes ambientales está relacionado con su actividad can- cerígena, por lo que se estudiará en el Capítulo 8, Neoplasias. Dejando este tema, prestamos atención nuevamente a los tres grupos principales de trastornos genéticos: 1) entidades relacionadas con genes mutantes con intensos efectos, 2) en- fermedades de herencia multifactorial (poligénica), y 3) tra tornos cromosómicos. Al primer grupo pertenecen much: procesos que son bastante raros, como las enfermedades por depósito y los errores congénitos del metabolismo, conse- cuencia todos ellos de la mutación de un solo gen que tiene muchas consecuencias. Como la mayoría de estas entidades sigue el modelo clásico de la herencia mendeliana, se Ilaman también trastornos mendelianos. El segundo grupo compren- de algunas de las enfermedades más frecuentes del ser huma- no, como la hipertensión y la diabetes mellitus, y se Ilaman multifactoriales porque dependen de factores genéticos y am- bientales a la vez. El componente genético consiste en la su- mación de los pequeiios efectos causados por numerosos ge- nes; y la contribución ambiental, que puede ser mayor o menor, es necesaria en algunos casos para que la enfermedad se exprese. El tercer grupo lo componen enfermedades secun- darias a mutaciones genómicas o cromosómicas y que, por tanto, se asocian a cambios de número o a alteraciones estruc- turales de los cromosomas. s8 39 40 Alelo de la globina p — Tr Gin Arg normal qe IuATG TO IMETATG EI A a GI ii yo FUI LI A Cc (Sis AoB To AG | Alelo de la —— "Thy DETENCIÓN globina e Figura 6-5 m Mutación puntual que provoca la terminación prematura de la síntesis de una cadena. Secuencia parcial del mRNA de la cadena de la globina B mostrando los codones de los aminoácidos 38 al 40, Una mutación puntual en el codón 39 (C — U) cambia el codón de la glutamina (Glu) por un codón de termina- ción y, seguidamente, se detiene la síntesis de la proteína en el aminoácido 38. 1 = Ago .. CGT ATA Capítulo é TRASTORNOS GENÉTICOS E 153 Ile — Ser —- Tyr —- Gly - Pro — Asp -.. TCC TAT GCC CCT GAC ' a -. CGT ATA TCT ATC CTA TGC CCC TGA C... - — Arg — lle — Ser — lle — Leu — Cys - Pro — Detención Marco de lectura alterado A estas categorias clásicas puede afiadirse un grupo hetero- géneo de trastornos de un solo gen con patrones de herencia no clásico, en el que se incluyen trastornos secundarios a mu- taciones de los tripletes de repetición, aquellos que se produ- cen por mutaciones en el DNA mitocondrial, y aquellos en los que la transmisión se ve influida por imprimación genómica o mosacicismo gonadal. Las enfermedades de este grupo están causadas por mutaciones en un solo gen, pero no siguen el patrón de herencia mendeliano. Se exponen más adelante, en este mismo capítulo. TRASTORNOS MENDELIANOS Todos los trastornos mendelianos son la consecuencia de mutaciones expresadas de un solo gen que produce grandes consecuencias. No es necesario que detallemos aquí las le- yes de Mendel, pues todos los estudiantes de biologia, y posiblemente todos los guisantes, las conocen desde muy jóvenes. Haremos solamente unos comentarios de interés médico. El número de trastornos mendelianos conocidos ha aumen- tado en proporciones monumentales. En una edición reciente de La herencia mendeliana en el hombre, su autor, McKusick”, ha citado más de 5000 procesos que siguen las leyes de Mendel *, Se calcula que toda persona es portadora de cinco a ocho genes nocivos. La mayoría de ellos son recesivos y por eso no tienen efectos fenotípicos serios. Alrededor del 80 al 85 9% de esas mutaciones son familiares. El resto correspon- den a mutaciones nuevas, adquiridas de novo, por el sujeto afectado. Algunas mutaciones autosómicas expresan el efecto nocivo parcialmente en los heterocigotos y plenamente en los homo- cigotos. La anemia de células falciformes se debe a la tu- ción de la hemoglobina normal (HbA) por hemoglobina S (HbS). Cuando una persona es homocigótica para el gen mu- tante, toda la hemoglobina es de tipo anormal HbsS, e incluso a tensiones normales de oxígeno en la atmósfera, el trastorno se expresa plenamente (es decir, se produce la falciformación de todos los hematíes y aparece la anemia hemolítica). En un he- terocigoto, sólo una parte de la hemoglobina es HbS (el resto sigue siendo HbA) y, por tanto, la falciformación de los hema- tíes y, posiblemente, la hemólisis sólo ocurre cuando el sujeto se expone a una tensión baja de oxígeno. Esto se conoce como rasgo falciforme, para distinguirlo de la anemia plenamente desarrollada de células falciformes. Hay una versión instalada de este libro en World Wide Web (http://www. ncbi.nlm.nih.gov/Omim/). 154 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS - le — le — Phe — Gly — Val — DNAnormal ...T ATC ATC TIT GGT GIT... AF508 DNAdelaFQ ... TATO AT --T Gar am - le — Ile Gly - val — Figura 6-6 = La deleción de tres bases en el alelo de la fibrosis quística (FQ) común da lu- gar a la síntesis de una proteína que ha perdido el aminoácido 508 (fe- nilalanina). Como la deleción es un múltiplo de tres, no existe mutación del marco de lectura. (De Thompson MW, et al: Thompson and Thompson Gene- tics in Medicine, 5th ed. Philadelphia, WB Saunders, 1991, p 135.) Aunque la expresión de los genes suele describirse como dominante o recesiva, hay casos en que los dos alelos de una pareja de genes se expresan por completo en el heterocigoto (proceso que se Ilama codominancia). Los antígenos de histo- compatibilidad y de grupos sanguíneos son unos buenos ejem- plos de herencia codominante. Un solo gen mutante puede provocar muchos efectos finales (es lo que se Ilama pleiotropismo) y, a la inversa, las mutaciones de varios loci genéticos pueden producir un mismo rasgo hereda- do (heterogeneidad genética). La anemia de células falciformes puede servir como ejemplo de pleiotropismo. En este proceso hereditario, la mutación puntual de un gen no sólo da lugar a la HbS que predispone a la hemólisis de los hematíes, sino que ade- más los hematíes anormales tienden a obstruir los pequerios va- sos y a provocar, por ejemplo, fibrosis esplénica, infartos de va- rios órganos y lesiones óseas. Las numerosas alteraciones de los distintos órganos diana dependen, todas ellas, del defecto princi- pal en la síntesis de la hemoglobina. Por otro lado, la sordera in- fantil grave, una entidad clínica aparentemente homogénea, se debe a una cualquiera de las 16 clases distintas de mutaciones au- tosómicas recesivas que pueden causarla. El conocimiento de la heterogeneidad genética no sólo es importante para el consejo genético, sino también para comprender la patogenia de algunos procesos frecuentes, como la diabetes mellitus. Patrones de transmisión de los trastornos monogénicos Las mutaciones que afectan a un solo gen siguen habitual- mente uno de estos tres patrones de herencia: autosómica do- minante, autosómica recesiva y ligada al cromosoma X. Las reglas generales que rigen la transmisión de los procesos mo- nogénicos son bien conocidas y no se repetirán aquí; se resu- men únicamente algunos hechos destacados. Los procesos monogénicos que siguen un modelo de herencia no tradicional se describirán más adelante. TRASTORNOS AUTOSÓMICOS DOMINANTES Los trastornos autosómicos dominantes se manifiestan en el estado heterocigótico, donde al menos uno de los padres del caso índice suele estar afectado; el proceso afecta tanto a varones como a mujeres, y ambos pueden transmitirlo. Cuando una persona afectada contrae matrimonio con otra no afectada, todos los hijos tienen una posibilidad entre dos (50 %) de padecer la enfermedad. Además de esta norma ge- neral, los procesos autosómicos dominantes se caracterizan por lo siguiente: E Algunos pacientes con un proceso autosómico dominante no tienen padres afectados, y la enfermedad que padecen se debe a mutaciones nuevas que afectaron al óvulo o al es. permatozoide del que proceden. Sus hermanos no están afectados ni están más expuestos a sufrir la enfermedad. La proporción de pacientes que padece la enfermedad como consecuencia de una mutación nueva depende de los efec- tos de la enfermedad sobre la capacidad de reproducción. Si una enfermedad reduce mucho la capacidad reproducto- ra, cabe esperar que la mayoría de los casos se deban a mu- taciones nuevas. Parece que las células germinales de los padres que son relativamente mayores sufren muchas mu- taciones nuevas. E La manifestaciones clínicas pueden ser modificadas por una penetrancia disminuida y una expresividad variable. Algunos individuos heredan el gen mutante pero son feno- típicamente normales. Es lo que se Ilama penetrancia redu- cida. La penetrancia se expresa en términos matemáticos: así, una penetrancia del SO % indica que la mitad de los portadores del gen expresan el rasgo. Al contrario que la penetrancia, si un rasgo aparece en todos los individuos que Ilevan el gen mutante, pero ese rasgo se expresa de for- ma diferente en unos u otros, el fenómeno se Ilama expresi- vidad variable. Por ejemplo, las manifestaciones de la neu- rofibromatosis de tipo 1 van desde unas manchas café con leche en la piel hasta abundantes tumores cutáneos y defor- midades esqueléticas. Los mecanismos subyacentes de la penetrancia reducida y de la expresividad variable no se co- nocen del todo, pero lo más probable es que se deban al efecto de otros genes o a factores ambientales capaces de modificar la expresión fenotípica del alelo mutante. Por ejemplo, el fenotipo de un paciente con anemia de células falciformes (debida a la mutación del locus de la globina B) depende en parte del genotipo del locus de la globina o, porque este último influye en la cantidad total de hemo- globina que se forma (Capítulo 14). Ejemplo de la in- fluencia de los factores ambientales es la hipercolesterole- mia familiar. La expresión de esta enfermedad bajo la forma de una ateroesclerosis está condicionada por el apor- te dietético de lípidos (véase más adelante). E En muchos casos se retrasa la edad de comienzo: los sínto- mas y signos del proceso no aparecen hasta la edad adulta (como en la enfermedad de Huntington). La mejor manera de revisar los mecanismos bioquímicos de los procesos autosómicos dominantes es tener en cuenta la naturaleza de la mutación y la clase de proteína alterada. La mayoría de las mutaciones dan lugar a una síntesis disminuida del producto de un gen o a la formación de una proteína inac- tiva. La consecuencia de estas mutaciones con pérdida de fun- ción depende de la clase de proteína alterada. Si la mutación afecta a una proteína que actúa como una enzima, los hetero- cigotos suelen ser normales. Gracias a que puede compensarse hasta un 50 % de la actividad enzimática que se pierde, las mutaciones de genes que codifican proteínas de carácter enzi- mático no se manifiestan por una herencia de tipo autosómico dominante. En cambio, hay dos clases importantes de proteí- nas no enzimáticas que se alteran en los procesos autosómicos dominantes: - Proteínas que actúan regulando las complejas vías metabó- licas que están sujetas a inhibición por un mecanismo de retroalimentación: los receptores de membrana, como el receptor de la LDL, nos proporcionan un ejemplo adecua- do; en la hipercolesterolemia familiar (que se expondrá con detalle más adelante) la pérdida del 50 % de los receptores de las LDL produce una elevación secundaria del coleste- rol, que predispone a la ateroesclerosis de los heterocigotos afectados. 2. Proteínas estructurales esenciales, como el colágeno y los componentes del citoesqueleto de la membrana de los he- matíes (p. ej., la espectrina). No se conocen bien los meca- nismos bioquímicos que hacen que una reducción del 50 % de las concentraciones de esas proteínas produzcan un feno- tipo anormal. En algunos casos, especialmente cuando un gen codifica una subunidad de una proteína multimérica, el producto del alelo mutante puede interferir el ensamblaje de un multímero funcionalmente normal. Por ejemplo, la molécula de colágeno es un trímero formado por tres cade- nas de colágeno dispuestas en espiral. Cada una de esas tres cadenas debe ser normal para que se mantenga el en- samblaje y la estabilidad de la molécula de colágeno. Aun- que sólo exista una cadena de colágeno mutante, no pueden formarse los trímeros normales y, por tanto, aparece un dé- ficit intenso de colágeno. En este caso, el alelo mutante se lama dominante negativo, porque disminuye el funciona- miento de un alelo normal. Un ejemplo de este efecto son algunas formas de la osteogénesis imperfecta, caracteriza- da por un déficit intenso de colágeno y por anomalías es queléticas graves (Capítulo 28). Menos frecuentes que las mutaciones con pérdida de función son las mutaciones con ganancia de funciones. Como su nom- bre indica, en este tipo de mutaciones, la proteína producida por un alelo mutante adquiere propiedades que normalmente no po- see la proteína nativa. La transmisión de los trastornos debidos a mutaciones por ganancia de función es casi siempre de tipo autosómico dominante, como ocurre con la enfermedad de Huntington (Capítulo 30). En esta enfermedad, la mutación por repetición de tres nucleótidos que afecta al gen de Huntington (véase más adelante) da lugar a una proteína anormal. Dicha proteína mutante, la huntingtina, es tóxica para las neuronas, y por eso incluso los heterocigotos presentan déficit neurológicos. En resumen, hay dos clases de mutaciones y dos grupos de proteínas que intervienen en la patogenia de las enfermedades autosómicas dominantes. Las mutaciones con pérdida de fun- ción más frecuentes son las que afectan a las proteínas regula- doras y a las subunidades de las proteínas estructurales multi- méricas, actuando estas últimas a través de un efecto negativo dominante. Las mutaciones con ganancia de funciones son menos frecuentes; confieren propiedades tóxicas a las proteí- nas normales y por eso afectan a la función de otras proteínas codificadas por el gen mutante. En la Tabla 6-1 se citan los trastornos autosómicos domi- nantes más frecuentes. Muchos de ellos se estudian en los ca- pítulos que les corresponden, y algunos que no se describen en otra parte se comentan al final de este capítulo porque son ejemplos de algunos principios importantes de la genética. Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS E 155 Sistema Trastono Nervioso Enfermedad de Huntington Neurofibromatosis* Distrofia miotónica Esclerosis tuberosa Urinario Poliquistosis renal Gastrointestinal Poliposis coli familiar Esferocitosis hereditaria Enfermedad de von Willebrand Hematopoyético Esquelético Síndrome de Marfan* Síndrome de Elers-Danlos (algunas variedades)* Osteogénesis imperfecta Acondroplasia Metabólico Hipercolesterolemia familiar* Porfiria aguda intermitente * Estudiados en este capítulo. Hay otros procesos que se describen en los correspon- dientes capítulos de este texto. TRASTORNOS AUTOSÓMICOS RECESIVOS La herencia autosómica recesiva es la que produce el mayor número de procesos mendelianos. Como los procesos autosómi- cos recesivos sólo aparecen cuando los dos alelos del locus de un determinado gen son mutantes, estos procesos presentan las siguientes características: 1) el rasgo no suele afectar a los padres, pero los hermanos pueden padecer la enfermedad; 2) los hermanos tienen una posibilidad entre cuatro de resultar afectados (es decir, el riesgo de repetición del proceso es del 25 % en cada nacimiento); y 3) si el gen mutante es poco fre- cuente entre la población, hay muchas probabilidades de que el probando sea el producto de un matrimonio consanguíneo. A diferencia de las enfermedades autosómicas dominantes, los trastornos autosómicos recesivos suelen caracterizarse por siguientes rasgos: E La expresión del defecto tiende a ser más uniforme que en los procesos autosómicos dominantes. BM Es frecuente la penetrancia completa. E El proceso suele ser de comienzo precoz. E Aunque los procesos recesivos pueden deberse a mutaciones nuevas, es raro descubrirlos clínicamente. Como el individuo con una mutación nueva es un heterocigoto asintomático, pueden transcurrir varias generaciones antes de que los des- cendientes de esa persona formen pareja con otros heteroci- gotos y tengan una descendencia afectada por la enfermedad. E En muchos casos, las proteínas enzimáticas están alteradas y han perdido su función. Los heterocigotos sintetizan las mismas cantidades de enzima normal que de enzima defec- tuosa. En general, el «margen de seguridad» natural permi- te que las células que contienen la mitad solamente de la dotación habitual de la enzima funcionen normalmente. Entre los trastornos autosómicos recesivos se encuentran ca- si todos los errores congénitos del metabolismo. Más adelante se comentan las diversas consecuencias de las carencias enzi- máticas. Los procesos patológicos más frecuentes se citan en la Tabla 6-2. La mayoría de ellos se describen en otra parte; y algunos modelos, en este mismo capítulo. 158 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS causar un exceso de los productos M; y M>. En tales casos, pueden aparecer lesiones tisulares si el precursor o los pro- ductos intermedios de la vía alternativa son tóxicos a eleva- das concentraciones. Por ejemplo, en la galactosemia, el déficit de galactosa-1-fosfato uridiltransferasa (Capítulo 10) provoca la acumulación de galactosa y la lesión tisular secundaria. El déficit de fenilalanina hidroxilasa (Capítulo 10) produce acumulación de fenilalanina, La acumulación excesiva de sustratos complejos dentro de los lisosomas como consecuencia del déficit de las enzimas de la degra- dación es responsable de un grupo de procesos Ilamados enfermedades de depósito lisosómico. 2. Un defecto enzimático puede causar un bloqueo metabóli- co con producción de menor cantidad de un producto final que puede ser indispensable para el funcionamiento normal del organismo. Por ejemplo, el déficit de melanina puede deberse a la carencia de tirosinasa, que es necesaria para la síntesis de la melanina a partir de su precursor, la tirosina. Esto da lugar a una afección Ilamada albinismo. Si el pro- ducto final es un inhibidor, por el mecanismo de la retroali- mentación, de las enzimas que intervienen en las primeras reacciones (en la Fig. 6-7 se observa que el producto inhibe ala enzima 1), el déficit del producto final puede favorecer la formación excesiva de productos intermedios y de sus catabolitos, algunos de los cuales pueden ser lesivos a ele- vadas concentraciones. Un ejemplo excelente de enferme- dad en la que opera este mecanismo subyacente es el sín- drome de Lesch-Nyhan (Capítulo 28). 3. Falta de inactivación de un sustrato lesivo para los tejidos. El mejor ejemplo es el déficit de on-antitripsina (04-AT). Los pacientes con déficit hereditario de q4-AT en el suero no son capaces de inactivar la elastasa de los neutrófilos en los pulmones. La actividad de esta proteasa da lugar a la Enzima 1 Producto intermedio 1 Enzima 2 Producto —>» MI —» M2 intermedio 2 Enzima 2 Figura 6-7 = Esquema de una posible vía metabólica en la que un sustrato se convierte en un producto final mediante una serie de reacciones enzimáticas. M1, M2 = produc- tos de una vía secundaria. destrucción de la elastina de las paredes de los alvéolos pulmonares provocando finalmente un enfisema pulmonar (Capítulo 16). DEFECTOS DE LOS RECEPTORES Y DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Hay muchas sustancias con efectos biológicos que tienen que atravesar activamente la membrana celular. Este transporte a través de la membrana se consigue generalmente mediante dos mecanismos: por endocitosis mediada por un receptor, o gracias a una proteína de transporte. Un ejemplo de defecto ge- nético del sistema de transporte mediado por receptores es el de la hipercolesterolemia familiar, en donde una síntesis o fun- cionamiento escasos de los receptores de las LDL provoca un transporte defectuoso de esas lipoproteínas al interior de las cé- lulas y, secundariamente, una síntesis excesiva de colesterol por la acción de mecanismos intermedios complejos. En la fi- brosis quística, hay un defecto del transporte de los iones de cloro en las glándulas exocrinas, en los conductos de las glán- dulas sudoríparas, en los pulmones y el páncreas. Por mecanis- mos mal conocidos, el escaso transporte del cloro provoca le- siones graves en los pulmones y el páncreas (Capítulo 10). ALTERACIONES DE LA ESTRUCTURA, DE LA FUNCIÓN O DE LA CANTIDAD DE PROTEÍNAS NO ENZIMÁTICAS Es frecuente que los defectos hereditarios responsables de al- teraciones de las proteínas no enzimáticas produzcan muchos efectos secundarios, como ocurre en la anemia de células falci- formes. Todas las hemoglobinopatías, de las que la anemia de células falciformes es el mejor ejemplo, se caracterizan por de- fectos estructurales de la moléeula de la globina. A diferencia de las hemoglobinopatías, las talasemias se deben a mutaciones de los genes de la globina que afectan a la cantidad de cadenas de globina que se sintetizan. En las talasemias hay menos canti- dad de cadenas de globina ar o de globina À estruturalmente normales (Capítulo 14). Otros ejemplos de proteínas estructura- les que son genéticamente defectuosas son el colágeno, la es- pectrina y la distrofina que, respectivamente, dan lugar a la oste- ogénesis imperfecta (Capítulo 28), la esferocitosis hereditaria (Capítulo 14) y las distrofias musculares (Capítulo 29). REACCIONES ADVERSAS A LOS FÁRMACOS DETERMINADAS GENÉTICAMENTE Algunos déficit enzimáticos determinados genéticamente sólo se descubren cuando el individuo afectado toma ciertos medicamentos. Este campo especial de la genética, Ilamado farmacogenética, tiene una considerable importancia clínica”, El ejemplo clásico de un trastorno causado por un fármaco en los individuos susceptibles es el que ocurre en el déficit de la enzima G6PD. En circunstancias normales, este déficit no produce nada anormal, pero al administrar, por ejemplo, el an- tipalúdico primaquina, se produce una anemia hemolítica in- tensa (Capítulo 14). Después de esta visión general de las bases bioquímicas de los trastornos hereditarios monogénicos, describiremos algu- nos ejemplos que se han seleccionado teniendo en cuenta el defecto subyacente. Trastornos asociados a defectos de las proteínas estructurales En la Tabla 6-4 se citan algunas enfermedades que están causadas por mutaciones de los genes que codifican las pro- teínas estructurales. Muchas de ellas se estudian en otra parte del texto. Aquí se describen tan sólo el síndrome de Marfan y los síndromes de Ehlers-Danlos, porque ambos afectan al teji- do conjuntivo y, por tanto, se manifiestan en muchos órganos y sistemas. SÍNDROME DE MARFAN El síndrome de Marfan es un trastorno de los tejidos conec- tivos del organismo que produce principalmente alteraciones esqueléticas, oculares y del sistema cardiovascular. Se cal- cula que su prevalencia oscila entre 1 por 10 000 a 1 por 20 000. Un 70 a 85 % de los casos aproximadamente son fa- miliares y se transmiten con carácter autosómico dominante. El resto son formas esporádicas y se deben a mutaciones re- cientes. Patogenia. El síndrome de Marfan se debe a un defecto hereditario de la glucoproteína extracelular Ilamada fibrilina. Como se sefialó en el Capítulo 4, la fibrilina es el principal componente de las microfibrillas que forman la matriz extra- celular. Estas fibrillas forman un andamiaje sobre el que se de- posita la tropoelastina que debe formar las fibras elásticas. Aunque las microfibrillas están muy repartidas por todo el cuerpo, abundan especialmente en la aorta, los ligamentos y las zónulas ciliares del cristalino que mantienen fijo a éste; es- tos tejidos son los que principalmente resultan afectados en el síndrome de Marfan. La fibrilina se presenta en dos formas homólogas: fibrilina 1 y fibrilina 2, que son codificadas por genes distintos: FBNI y FBN2, situados en los cromosomas 15921 y 5g3, respectiva- mente. Las mutaciones del FBNI producen el síndrome de Marfan, mientras que las mutaciones del gen relacionado FBN2 son menos frecuentes y dan lugar a la aracnodactilia con contracturas congénitas, un proceso autosómico domi- nante caracterizado por alteraciones esqueléticas. El análisis de las mutaciones ha revelado que en los pacientes con síndro- me de Marfan existen más de 70 mutaciones distintas del gen FBNI1 , La mayoría de ellas son mutaciones de sentido equi- vocado que dan lugar a la producción de una fibrilina 1 anor- mal. En los heterocigotos, se supone que la fibrilina 1 mutante destruye el ensamblaje de las microfibrillas normales, posible- mente al interactuar con los productos del alelo normal. Este mecanismo de acción, como se sefialó anteriormente, se Ilama dominante negativo. La importancia de la fibrilina | en el mantenimiento de la integridad estructural de la matriz extra- celular se ha confirmado obteniendo ratones en los que el FBNI ha sido inactivado. Estos ratones presentan lesiones es- tructurales de la aorta que son similares a las observadas en el síndrome de Marfan ". MORFOLOGIA. Las alteraciones esqueléticas son la manifestación más llamativa del síndrome de Mar- fan. Normalmente, el paciente suele tener una esta- tura sorprendentemente alta: y unos miembros muy Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS mM 159 largos, lo mismo “que los dedos de las manos y los ples que, además, son afilados. Como la estatura elevada depende sobre todo de la porción inferior del cuerpo, el cociente vértex-pubis/pubis-suelo es bastante inferior al que le corresponde por la edad. raza y sexo, Los ligamentos de las articulaciones de manos y: pies son laxos, y esto da la Impresión de unas articulaciones que gozan de doble movimien- to; generalmente, el paciente se puede tocar la mu- Reca con el pulgar realizando una hiperextensión de ese dedo, Suele haber dolicocefalia (cráneo alarga- do), siendo muy prominentes las eminencias fronta- les:y los rebordes supraorbitarios. Como Abraham Lincoln tenía muchos de estos rasgos físicos, se s0s- pecha que pudo haber padecido el sindrome de Marfan: A veces, existen algunas deformidades de la columna, como clfosis, escoliosis, rotación, o desti- zamiento de las vértebras dorsales o lumbares, Clási- comente, el tórax es deforme, manifestândose por un pecius excavatum (con esternón muy hundido) o. un tórax en quilla. Las lesiones oculares adoptan muchas formas. La más característica es la subluxación bilateral (gene- ralmente hacia arriba o hacia abajo) del cristalino, conocida como ectopia lentis. Esta anomalia es tan tara en las personas que no padecen este trastorno que su hallazgo debe hacer sospechar siempre de un sindrome de Marfan. Las lesiones cardiovasculares son las que más amenazan la vida en este proceso, Las dos más fre- cuentes son el prolapso de la válvula mitral y, más. importante aún, la dilatación de la aorta ascenden- te debida a necrosis quística de la media. En el estu- dio histológico, los cambios de la media son prácti- camente: idênticos a los que: ofrece este mismo. proceso cuando no se asocia al sindrome de Marfan (vêase la sección sobre disección aórtica, Capítu- lo: 13). La pérdida del sostén de la capa media pro- voca dilatación progresiva del anillo valvular aóriico y de la raiz de la aorta, que origina una insuficiencia aórtica grave, La debilidad de la media predispone también a desgarros de la íntima, seguidos de un he- matoma intramural que separa las capas de la me- dia produciendo una disecclón aórtica. Después de dejar separadas las capas dela media a una distan- cla considerable, a veces hacia la raiz de la aorta o hacia las arterias ilíacas, la hemorragia a veces rom- pe la pared aórtica. Esta catástrofe es la causa de la muerte de un 30 a 45 % de estos individuos. tas lesiones de la válvula mitral son más frecuen- tes, pero su importancia clínica es menor que la de las lesiones aórticas. Al perder su tejido conjuntivo de sostén, las valvas mitrales se vuelven blandas y ondu- lantes, formando la llamada válvula fláccida (Capi- fulo 13). Las lesiones valvulares, unidas al alarga- miento de las cuerdas tendinosas, suelen producer regurgitación mitral. La tricúspide y, raras veces, las válvulas aórticas pueden presentar lesiones pareci- dos, La ecocardiografia facilita mucho el reconoci- miento' de las alteraciones cardiovasculares y, por fanto, es sumamente valiosa para diagnosticar el sin- drome: de Marfan. Muchas muertes por este proceso. se deben ala rotura de una disección aórtica, segui- a en orden de frecuencia por la insuficlencia car- faca. 160 E Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS Aunque las lesiones que acaban de describirse son típicas del síndrome de Marfan, hay que insistir en que existen mu- chas variaciones en la expresión clínica de este trastorno here- ditario. Los pacientes con lesiones oculares o cardiovasculares muy acusadas pueden tener pocas alteraciones esqueléticas, mientras que otros con cambios importantes del hábito corpo- ral puede que no tengan lesiones oculares. La variabilidad de la expresión clínica puede darse dentro de una misma familia, pero la variabilidad entre unas familias y otras es mucho más acusada y más frecuente. Por eso, el diagnóstico clínico del síndrome de Marfan debe basarse en unos criterios bien defi- nidos 2, Para explicar la expresión variable del síndrome de Marfan se ha lanzado la hipótesis de que este proceso puede ser gené- ticamente heterogéneo. Sin embargo, con una sola excepción, todos los estudios realizados hasta la fecha indican que la cau- sa de esta enfermedad está en las mutaciones del gen FBNI, situado en el cromosoma 15921.1 “. De ahí que la mejor ma- nera de explicar la expresividad variable sea atribuyéndola a las mutaciones de unos alelos situados en el mismo locus. Co- mo en las distintas familias del síndrome de Marfan se han en- contrado tantas mutaciones diferentes del gen FBNI, no es posible el diagnóstico génico directo en este proceso. Sin em- bargo, la enfermedad se puede diagnosticar antes de que apa- rezcan los síntomas analizando los polimorfismos de longitud de los fragmentos de restricción (RFLP). Más adelante se des- criben los princípios básicos de estos dos métodos diagnósti- cos por medio del DNA. SÍNDROMES DE EHLERS-DANLOS Los síndromes de Ehlers-Danlos (SED) comprenden un grupo clínica y genéticamente heterogéneo de trastornos que se deben a algún defecto de la síntesis o la estructura del co- lágeno "*. Otros procesos causados por mutaciones que alteran la síntesis del colágeno son: la osteogénesis imperfecta (Capí- tulo 28), el síndrome de Alport (Capítulo 21) y la epidermóli- sis ampollosa (Capítulo 27). La herencia de los SED se produce siguiendo tres modelos mendelianos. Esto no debe extrafiar, porque la biosíntesis del colágeno es un proceso complejo que puede alterarse por erro- res genéticos capaces de afectar a cualquiera de los numerosos genes o enzimas estructurales del colágeno, necesarios para las modificaciones posteriores a la transcripción del colágeno. Como las alteraciones del colágeno son fundamentales en la patogenia de los SED, es preciso revisar la estructura y la sín- tesis del colágeno (Capítulo 4). Hay al menos 14 clases gené- ticamente distintas de colágeno, que tienen una distribución algo característica en los tejidos *, Como se verá seguidamen- te, la heterogeneidad clínica y las diversas formas de transmi- sión de los SED se pueden explicar, hasta cierto punto, basán- dose en la clase específica de colágeno implicado y en la naturaleza de los defectos moleculares. Teniendo en cuenta las manifestaciones clínicas y el tipo de herencia, se distinguen al menos 10 variedades de SED. Se sa- le del ámbito de este libro estudiar cada forma por separado, y el lector interesado debe consultar las excelentes revisiones que las describen detalladamente !5. Aquí, en cambio, resumi- remos primero las manifestaciones clínicas más importantes y comunes a la mayoría de las variedades de este proceso, y lue- go estableceremos una correlación entre algunas manifesta- ciones clínicas y los defectos moleculares de la síntesis o la estructura del colágeno que constituyen la base de estos pro- cesos. Como cabría esperar, los tejidos ricos en colágeno, como la piel, ligamentos y articulaciones, resultan afectados en la ma- yorfa de las variedades de SED. Como las fibras de colágeno anormal carecen de la suficiente resistencia elástica, la piel se vuelve hiperextensible, y las articulaciones adquieren gran movilidad. Gracias a esto, el paciente puede realizar contor- siones grotescas, como doblar el pulgar hacia atrás hasta tocar el antebrazo y flexionar la rodilla hacia adelante hasta formar casi un ángulo recto. Se cree que la mayoría de los contorsio- nistas padecen alguna forma de SED. La predisposición a las luxaciones articulares es, sin embargo, uno de los precios que hay que pagar por este virtuosismo. La piel es extraordinaria- mente distensible, sumamente frágil y muy sensible a los trau- matismos. Las agresiones poco importantes producen grandes defectos y la reparación quirúrgica o cualquier intervención se realiza con muchas dificultades al faltar la resistencia elástica normal. El defecto fundamental del tejido conjuntivo puede causar graves complicaciones de los órganos internos, entre ellas: la rotura del colon y de las grandes arterias (SED de tipo IV), la fragilidad del globo ocular con estallido de la cór- nea y desprendimiento de retina (SED de tipo VI) y la hernia diafragmática (SED de tipo 1). Sólo se conocen las bases bioquímicas y moleculares de es- tas alteraciones en algunas formas de SED, que se describen brevemente porque ofrecen algunas ideas sobre la sorprenden- te heterogeneidad clínica de los SED. Probablemente, la for- ma mejor caracterizada es el tipo VI, la variedad autosómica recesiva más frecuente de los SED. Se debe a mutaciones del gen que codifica la lisil hidroxilasa, una enzima necesaria para hidroxilar los residuos de lisina durante la síntesis del coláge- no. Los pacientes afectados tienen niveles escasos de esta en- zima. Como la hidroxilisina es esencial para el entrecruza- miento de las fibras colágenas, el déficit de lisil hidroxilasa provoca la formación de un colágeno que carece de la estabi dad estructural normal. En este proceso sólo se afecta el colá- geno de los tipos I y III, mientras que la hidroxilación de los tipos II, IV y V es normal. No se conoce bien la base molecu- lar de esta diferencia de hidroxilación. EI SED de tipo IV se debe a alteraciones del colágeno de tipo HI. Genéticamente esta forma es heterogénea, pues hay al menos tres clases distintas de mutaciones que efectan al gen pro «tl del colágeno de tipo III y que pueden dar lugar a esta varie- dad. Algunas de ellas alteran la velocidad de síntesis de las cade- nas pro od (II), otras afectan a la secreción del procolágeno de tipo III, y otras por último dan lugar a la síntesis de un coláge- no de tipo III estructuralmente anormal. Algunos alelos mutan- tes se comportan como dominantes negativos (véase la descrip- ción de los procesos autosómicos dominantes), y por eso producen efectos fenotípicos graves. Estos estudios moleculares aportan una base racional para conocer la forma de transmisión y las manifestaciones clínicas que caracterizan a esta variedad. En primer lugar, como el SED IV se debe a mutaciones que afectan a una proteína estructural (y no a una proteína enzimáti- ca), cabría esperar una herencia de tipo autosómico dominante. En segundo lugar, como se sabe que los vasos sanguíneos y el intestino son ricos en colágeno de tipo III, una alteración de este colágeno justificaria las complicaciones graves (p. ej., la rotura espontánea) que sufren estos órganos. coenzima A (HMG CoA) reductasa, que es la enzima limi- tante de la síntesis del colesterol. E El colesterol activa a la acilcoenzima A: colesterol acil- transferasa, que favorece la esterificación y el depósito del exceso de colesterol. E El colesterol inhibe la síntesis de receptores de las LDL, protegiendo así a las células de una acumulación excesiva de colesterol. Como se sefialó anteriormente, la hipercolesterolemia fami- liar se debe a mutaciones del gen que especifica al receptor de las LDL. Los heterocigotos con hipercolesterolemia familiar poseen solamente un 50 % del número normal de receptores de LDL de alta afinidad, puesto que sólo tienen un gen nor- mal, Como consecuencia de este defecto del transporte, dismi- nuye el catabolismo de las LDL por la vía dependiente de los receptores, y los niveles de colesterol en plasma aumentan aproximadamente al doble. Los homocigotos carecen prácti- camente de receptores de LDL normales en su células y tienen unos niveles circulantes de LDL mucho mayores. Además de la depuración defectuosa de las LDL, tanto los homocigotos como los heterocigotos presentan un aumento de la síntesis de LDL. El mecanismo de síntesis excesiva de LDL que contri- buye a la hipercolesterolemia también se debe a la falta de re- ceptores de las LDL (véase Fig. 6-8). Recuérdese que la IDL, el precursor inmediato de las LDL del plasma, utiliza también los receptores hepáticos de las LDL (apoproteína B-100 y re- ceptores E) para realizar su transporte al interior del hígado. En la hipercolesterolemia familiar, al disminuir el transporte hepático de las IDL, se desvía una mayor proporción de las IDL del plasma hacia el fondo común de las LDL del plasma. El transporte de las LDL mediante receptores de limpieza de desechos parece estar, en parte al menos, a cargo de las cé- lulas del sistema mononuclear fagocítico. Los monocitos y los macrófagos poseen receptores para las LDL de composición química alterada (p. ej., acetilados u oxidados). Normalmente, la cantidad de LDL transportada por el sistema de limpieza de desechos es menor que la mediada por los mecanismos depen- dientes de receptores de las IDL. Sin embargo, ante una hiper- colesterolemia, hay un considerable aumento de los movi- mientos del colesterol-LDL, mediados por receptores de retirada de desechos, por parte de las células del sistema mononuclear fagocítico y, posiblemente, por las paredes vas- culares, Este aumento es responsable de la aparición de los xantomas y contribuye a la patogenia de la ateroesclerosis pre- matura. Se ha comprobado que la genética molecular de la hiper- colesterolemia familiar es sumamente compleja. En el hom- bre, el gen receptor de las LDL, situado en el cromosoma 19, es sumamente largo: contiene 18 exones y 5 dominios que cubren una distancia de alrededor de 45 kb. Se conocen más de 150 mutaciones que afectan a las LDL y que consisten en inserciones, deleciones, así como mutaciones sin sentido y de sentido equivocado. Se han clasificado en cinco grupos (Fig. 6-10): las mutaciones de tipo I son bastante raras y pue- den causar ausencia completa de la síntesis de la proteína del receptor (alelo nulo). Las mutaciones de tipo II son bastante frecuentes; codifican las proteínas del receptor que se acumu- lan en el retículo endoplásmico porque no pueden trasladarse al complejo de Golgi. Las mutaciones de tipo II afectan a la región de unión a las LDL del receptor; las proteínas codifica- TRASTORNOS GENÉTICOS mm 163 Capítulo 6 Figura 6-10 n Clasificación de las mutaciones del receptor de las LDL basada en la función anormal de la proteína mutante. Estas mutaciones alteran la síntesis del recep- tor durante su transporte por el retículo endoplásmico hasta el complejo de Golgi, la unión a los ligandos de la apoproteína, la aglomeración en las depre- siones cubiertas y el proceso de reciclaje en los endosomas. Cada una de esas mutaciones es heterogénea a nivel del DNA. (Modificado con autorización de Hobb HH, et al: The LDL receptor lecus in familial hypercholesterolemia: mutational analysis of a membrane protein. Annu Rey Genet 24:133-170, 1990. O 1990 by Annual Reviews.) das pasan a la superficie celular pero no se unen al receptor o lo hacen escasamente. En las mutaciones de tipo IV se codifi- can proteínas que se sintetizan y trasladan eficazmente a la su- perficie celular, se unen normalmente a las LDL, pero no se encuentran en las fositas o invaginaciones cubiertas y, por tan- to, las LDL no son internalizadas. Las mutaciones de tipo V codifican proteínas que se expresan en la superficie celular, y pueden fijar a las LDL e internalizarlas, pero los pasos ácido- dependientes de separación del receptor y unión a las LDL no se producen. Los receptores quedan atrapados en el endoso- ma, donde son degradados y, por tanto, no se reciclan y no vuelven a la superficie celular. Tras el descubrimiento del papel esencial de los receptores de LDL en la homeostasis del colesterol, se han podido dise- fiar racionalmente algunos fármacos que reducen el colesterol del plasma aumentando el número de receptores de las LDL”. Una estrategia cuya eficacia está comprobada se basa en la propiedad de ciertos fármacos (estatinas) de impedir la sínte- sis intracelular del colesterol inhibiendo a la enzima HMG CoA reductasa . Esto, a su vez, favorece la síntesis de recep- torees de las LDL (véase Fig. 6-9). En la actualidad, se está intentando crear y desarrollar una terapia génica para este pro- ceso. Con esa finalidad, se han obtenido ratones con recepto- 164 Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS res inactivados, los cuales, al igual que los pacientes con hi- percolesterolemia familiar, tienen niveles elevados de coleste- rol y ateroesclerosis acelerada *. Introduciendo en el paciente genes íntegros del receptor de las LDL por medio de vectores virales se consigue que desciendan los niveles de colesterol, y se obtiene un modelo útil en la terapia génica. Trastornos asociados a defectos enzimáticos ENFERMEDADES DE DEPÓSITO LISOSÓMICO Los lisosomas son componentes esenciales del «aparato di- gestivo intracelular», pues poseen una batería de enzimas hidro- líticas dotadas de dos propiedades especiales: pueden actuar en el medio ácido de los lisosomas y forman un grupo especial de proteínas secretorias que, a diferencia de casi todas las demás, son secretadas en una organela intracelular, pero no en los líqui- dos extracelulares. Esta última propiedad exige un proce- samiento especial, que tiene lugar en el aparato de Golgi y que revisamos brevemente. Al igual que las demás proteínas secretorias, las enzimas lisosómicas (o hidrolasas ácidas, como a veces se las llama) se sintetizan en el retículo endoplásmico y se trasladan al aparato de Golgi. Una vez allí, sufren varias mo- dificaciones postraduccionales, una de las cuales merece espe- cial mención. Consiste esa modificación en la fijación de los grupos manosa-6-fosfato terminales a algunas cadenas laterales de los oligosacáridos. Los residuos de manosa fosforilados pue- den considerarse como «las sefias de un destinatario» y son re- conocidas por los receptores específicos que están situados en la superfície interna de la membrana de Golgi. Las enzimas li- sosómicas se unen a esos receptores y se separan, por tanto, de otras muchas proteínas secretorias situadas dentro del complejo de Golgi. Seguidamente, pequefias vesículas de transporte Ile- nas de enzimas unidas a los receptores abandonan el aparato de Golgi y se fusionan con los lisosomas. Por tanto, las enzimas se dirigen hacia sus moradas intracelulares, y las vesículas vuelven al complejo de Golgi (Fig. 6-11). Como se verá más adelante, los errores genéticamente determinados de este notable meca- nismo de clasificación selectiva pueden dar lugar a una forma de enfermedad de depósito lisosómico. Las hidrolasas ácidas de los lisosomas catalizan el desdo- blamiento de diversas macromoléculas complejas. Estas gran- des moléculas pueden proceder del recambio metabólico de las organelas intracelulares (autofagia) o pueden adquirirse del exterior de las células por fagocitosis (heterofagia). En el déficit hereditario de una enzima funcional lisosómica, el ca- tabolismo del sustrato resulta incompleto y provoca la acumu- lación del metabolito insoluble parcialmente degradado dentro de los lisosomas. Las organelas donde se acumulan estas macromoléculas incompletamente digeridas se agrandan y su número aumenta lo bastante para dificultar el funcionamiento celular normal, dando lugar a las Ilamadas enfermedades de depósito lisosómico (Fig. 6-12). Cuando se descubrió este grupo de enfermedades se pensó que se deberían exclusiva- mente a mutaciones causantes de una síntesis reducida de las enzimas lisosómicas («síndromes por falta de enzimas»). Pero en los afios siguientes, las investigaciones sobre la patología molecular de las enfermedades de depósito lisosómico han lo- grado descubrir otros defectos ”. Algunos de ellos son: Figura 6-11 n Síntesis y transporte intracelular de las enzimas lisosómicas. E La síntesis de una proteína catalíticamente inactiva que presenta una reacción inmunológica cruzada con la enzima normal: en tal caso, los niveles de esa enzima, determina- dos por radioinmunoanálisis, son aparentemente normales. Defectos del procesamiento postraduccional de la proteína enzimática: a este grupo pertenece el déficit de unión al «marcador» manosa-6-fosfato, cuya ausencia impide a la enzima seguir su camino correcto hacia el lisosoma. En lu- gar de ello, la enzima es secretada fuera de la célula. EE Falta de un activador de la enzima o de una proteína protectora. E Ausencia de una proteína activadora del sustrato: en algu- nos casos, faltan o son defectuosas las proteínas que reac- cionan con el sustrato y facilitan su hidrólisis. E Falta de una proteína transportadora, necesaria para la sali- da del material digerido de los lisosomas. Por tanto, es evidente que el concepto de enfermedades de depósito lisosómico se ha ampliado e incluye ahora la ausen- cia de cualquier proteína esencial para la función normal de los lisosomas. Figura 6-12 m Dibujo esquemático que ilustra la pato- genia de las enfermedades por depósito lisosómico. En el ejemplo escogido, un sustrato complejo es degradado normal- mente por una serie de enzimas lisosó- micas (A, B y C) hasta formar un pro- ducto final soluble, Si hay déficit o funcionamento anormal de una de las enzimas (p. ej. la B), el catabolismo es incompleto y los productos intermedios insolubles se acumulan en los lisosomas. Las enfermedades de depósito lisosómico comprenden va- rios procesos característicos y diferenciables (Tabla 6-5). En general, la distribución del material acumulado y, por tanto, los órganos afectados, depende de dos factores relacionados entre sí: 1) el sitio donde se encuentra la mayoría de la sustan- cia que va a ser degradada, y 2) el lugar donde se produce nor- malmente la mayor parte de esa degradación. Por ejemplo, el cerebro es rico en gangliósidos y, por tanto, una hidrólisis de- fectuosa de los gangliósidos, como ocurre en las ganglio- sidosis GM, y GM», hace que se depositen principalmente en el interior de las neuronas y aparezcan síntomas neurológi- cos, Los defectos de la degradación de los mucopolisacáridos afectan prácticamente a todos los órganos porque los mucopo- lisáridos están ampliamente distribuidos por el organismo. Como las células del sistema mononuclear fagocítico son es- pecialmente ricas en lisosomas y participan en la degradación de diversos sustratos, es frecuente que los órganos en los que abundan las células fagocitarias, como el bazo y el hígado, au- menten de tamafio en algunas enfermedades de depósito liso- sómico. El número cada vez mayor de procesos de esta cla- se puede dividirse racionalmente en varios grupos, basándose en la naturaleza bioquímica del metabolito que se acumula, lo que permite formar subgrupos tales como las glucogenosis, las esfingolipidosis (lipidosis), las mucopolisacaridosis (MPS) y las mucolipidosis (Tabla 6-5). Sólo una de las numerosas gluco- genosis existentes se debe al déficit de una enzima lisosómica, y por eso este grupo de enfermedades de depósito se estudiará más adelante. Ahora nos ocuparemos de los procesos más fre- cuentes que pertenecen al resto de los grupos. Enfermedad de Tay-Sachs (Gangliosidosis Mo: déficit de la subunidad a de la hexosaminidasa) Las gangliosidosis GM; son tres enfermedades de depósito lisosómico causadas por la incapacidad para catabolizar los gangliósidos GM,. La degradación de estos gangliósidos re- quiere tres polipéptidos que se codifican en tres loci distintos TRASTORNOS GENÉTICOS m 165 Capítulo 6 (Fig. 6-13). Las consecuencias fenotípicas de las mutaciones que afectan a estos genes son bastante parecidas, porque se de- ben a la acumulación de los gangliósidos GM,. Sin embargo, el defecto enzimático subyacente es diferente en cada una de ellas. La enfermedad de Tay-Sachs, la forma más frecuente de gan- gliosidosis GM;, se debe a mutaciones que afectan al locus de la subunidad q, que está situado en el cromosoma 15, y provo- ca un déficit intenso de hexosaminidasa A. Esta enfermedad es especialmente prevalente entre los judíos, sobre todo en los ori- ginarios de Europa oriental (ashkenazis), en quienes se ha des- crito una frecuencia de portadores de 1 por cada 30 personas”. MORFOLOGIA. Prácticamente en inguno de: Ea dos examinados, incluidos los leucocitos y. el plasma, - se encuentra hexosaminidasa A; así que los gangliósi- dos (GM, se acumulan en muchos tejidos (p. e)., cora-. “ Zón, hígado, bazo), pero el cuadro clínico está domi- destrus prog lón de la microglia y depósito de ao coma “ los fagocitos del tejido cerebral. Algo parecido ocurre “enel cerebelo y en las neuronas de los ganglios basa- les, del tronco encefálico, de la médula espinal, de los - “-gangilios de las raíces dorsales, así como en las neuro- “nos Gel sistema nervioso autónomo. Los células om S 168 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS Figura 6-14 Células ganglionares en la enfermedad de Tay-Sachs. A, Con el microscopio óptico se observa una gran neurona con una evidente vacuola de lípidos. (Cor- tesía del Dr. Arthur Weinberg, Department of Pathology, University of Texas, Southwesten Medical Center, Dallas, TX.) B, Imagen parcial de una neurona con el microscopio electrónico que presenta lisosomas muy marcados en for- ma de ovillo. Arriba se observa parte del núcleo. (Microfotografia electrónica por cortesfa del Dr. Joe Rutledge, University of Texas Southwestem Medical Center, Dallas, TX.) nan un aspecto esponjoso al citoplasma (Fig. 6-15). Enlos cortes por congelación del tejido en fresco, las vacuolas se tihen con los colorantes de la grasa, co- mo el Sudán negro By el oil red O. Mediante micros- copia electrónica se confirma que las vacuolas son. lisosomas hinchados: secundariamente, y suelen contener cuerpos membranosos cltoplásmicos pare- cidos por su aspecto a las láminas concêntricas de mielina. A veces, los lisosomas adoptan la forma de una empalizada de láminas paralelas, dando lugar aos llamados cuerpos cebra, Los fagocitos espumosos cargados de. lípidos se encuentran en el bazo, higado, ganglios linfáticos, amigdalas, aparato digestivo y en los pulmones. La afectación del bazo produce habitualmente una es- plenomegalia masiva, que supone a veces hasta 10 veces el peso del bazo normal, pero la hepatome- galia no suele ser tan acusada. Todos los ganglios lin- fáticos presentan en general un aumento de tama- ho de moderado a Intenso. La afectaclón cerebral y ocular merecen especial atención. Las circunvoluciones cerebrales están en- cogidas y: los surcos. ensanchados. La afectación neuronal es difusa, alcanzando a todas las zonas del sistema nervioso. La lesión histológica predominante. es la vacuolización y balonamiento de las neuronas que, con el tiempo, causan la muerte de las células y. la pérdida de sustancia cerebral, De un tercio a la mitad de los afectados presenta una mancha reti- niana de color rojo cereza, de aspecto y origen pa- recidos a la de la enfermedad de Tay-Sachs, salvo. que aqui el metabolito acumulado es la esfingomielina. Al nacer ya puede haber manifestaciones clínicas, pero es casi seguro que son evidentes a los 6 meses de edad. Los lac- tantes suelen tener un típico abdomen prominente, debido a la hepatoesplenomegalia. Una vez aparecen los síntomas, van se- guidos de retraso progresivo del crecimiento, vómitos, fiebre y adenopatías generalizadas, además de un deterioro creciente de la función psicomotora. La muerte Ilega como una liberación, generalmente durante el primer o segundo afio de vida. Figura 6-15 m Hiígado en la enfermedad de Niemann-Pick. Hepatocitos y células de Kupffer de aspecto esponjoso y vacuolado debido al depósito de lípidos. (Cortesfa del Dr. Arthur Weinberg, Department of Pathology, University of Texas South- western Medican Center, Dallas, TX.) El diagnóstico se confirma por análisis bioquímicos deter- minando la actividad de la esfingomielinasa en biopsias de hí- gado o de la médula ósea. El gen de la esfingomielinasa ha sido clonado, y se puede identificar a los portadores y a los in- dividuos afectados por los tipos A y B por análisis con sondas de DNA. Enfermedad de Gaucher La enfermedad de Gaucher es un grupo de trastornos auto- sómicos recesivos causado por las mutaciones del gen que co- difica la glucocerebrosidasa ”. Este proceso es la enfermedad de depósito lisosómico más frecuente. El gen afectado codifi- ca la cerebrosidasa, una enzima que normalmente separa resi- duos de glucosa de la ceramida. Como consecuencia de ello, los glucocerebrósidos se acumulan en las células fagocitarias principalmente pero, en algunas formas, también en el sistema nervioso central. Los glucocerebrósidos se forman constante- mente en el catabolismo de los glucolípidos, procedentes so- bre todo de las membranas celulares de los leucocitos y hema- tíes viejos. Se distinguen tres subtipos clínicos de la enfermedad de Gaucher. El más frecuente, que da cuenta del 99 % de los casos, es el tipo I, o forma crónica no neuronopá- tica, en el que el depósito de glucocerebrósidos se limita a los fagocitos mononucleares de todo el cuerpo sin afectar al cere- bro. En esta forma predominan las manifestaciones espléni- cas y esqueléticas. Esta afección aparece principalmente en judíos de origen europeo. Los pacientes tienen niveles bajos, pero detectables, de actividad de la glucocerebrosidasa. Existe una reducción, aunque no importante, de la esperanza de vida. El tipo II, o enfermedad de Gaucher neuronopática aguda, es la forma cerebral aguda del lactante, que no tiene predilec- ción por la raza judía. En los tejidos de estos pacientes no existe prácticamente ninguna actividad glucocerebrosidasa detectable. También hay hepatoesplenomegalia en esta forma de la enfermedad de Gaucher, pero el cuadro clínico está do- minado por las alteraciones progresivas del sistema nervioso central que conducen a la muerte prematuramente. A veces se distingue una tercera forma, el tipo III, que es intermedia entre los tipos 1 y II. Suele tratarse de pacientes jóvenes que tienen las manifestaciones generales características del tipo I, pero además presentan una afectación progresiva del sistema ner- vioso central, que suele comenzar hacia el segundo o tercer decenio de la vida. Estas formas peculiares tienen carácter fa- miliar, y se deben a distintas mutaciones alélicas del gen es- tructural de la enzima. MORFOLOGIA. En todas las formas de enfermedad de Gaucher, los glucocerebrósidos se acumulan en enormes cantidades dentro de las células fagocita- rias de todo el cuerpo, Estos fagocitos hinchados, conocidos como células de Gaucher, se encuentran en el bazo, higado, médula ósea, gangiios linfáticos, amígdalas, timo:y placas de Peyer. Pueden verse cé- lulas parecidos en los tabiques alveolares y espacios aéreos del pulmón. A diferencia de las enfermeda- des por depósito de lípidos ya estudiadas, las células de Gaucher rara vez presentan vacuolas, y en su lu- gar tienen un citoplasma fibrilar que se ha compara- do al papel de seda arrugado (Fig. 6-16). Las células de Gaucher suelen ser grandes y miden a veces has- Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS m 169 ta 100 um de diâmetro; tienen uno o más núcleos os- euros y excêntricos. La tinción con el ácido peryódi- co de Schiff (PAS) suele ser intensamente positiva. Con el microscopio electrónico, se descubre que el aspecto fibrilar del citoplasma se debe a unos lisoso- mos alargados, estirados y cargados de lípidos, que se depositan formando pilas de doble capa? AI acumularse las células de Gaucher se produ- cen varias lesiones anatómicas macroscópicas. En la variedad de tipo |, el bazo aumenta de tamano, lle- gando a veces a pesar 10 kg. Su aspecto es unifor- memente pálido o tiene una superficie moteada debida a acumulaciones focales de células de Gau- cher, Hay adenopatias pequenas a moderadas en todo el cuerpo. Las células de Gaucher que se acu- mulan en la médula ósea pueden causar paquefias erosiones óseas localizadas, o grandes masas blan- das de color gris y aspecto tumoral que producen deformidades esqueléticas o destruyen el hueso en cantidad suficiente para provocar fracturas. En los pacientes con afectación cerebral, las células de Gaucher aparecen en los espacios de Virchow-Ro- bin, y las arteriolas están rodeados de células adven- ticiales hinchadas: No hay depósito de lípidos en las neuronas, pero éstas aparecen arrugadas y sufren una destrucción progresiva. Se supone que los lípi- dos que se acumulan en las células fagocitarias que rodean a los vasos sanguíneos producen, de algún modo, efectos tóxicos sobre el tejido nervioso. La evolución clínica de la enfermedad de Gaucher depende del tipo clínico. Los síntomas y signos del tipo I aparecen por vez primera en la vida adulta, y se deben a la esplenomegalia o a la efectación ósea. Lo más frecuente es que haya pancito- penia o trombocitopenia secundarias a hiperesplenismo. Si los espacios medulares se ensanchan mucho, aparecen fracturas patológicas y dolores óseos. Aunque la enfermedad tiene un curso progresivo en el adulto, es compatible con una larga vi- da. En los tipos II y III, predominan los trastornos funcionales del sistema nervioso central, con convulsiones y deterioro mental progresivo, pero también se afectan otros órganos, co- mo el hígado, el bazo y los ganglios linfáticos. Los homocigotos pueden diagnosticarse determinando la actividad de la glucocerebrosidasa en los leucocitos de la san- gre periférica o en los extractos de fibroblastos cutáneos cul- tivados. Como hay una superposición considerable entre las concentraciones de la enzima en los sujetos normales y en los heterocigotos, la identificación de los portadores no puede hacerse mediante esos análisis. En cambio, para detectar a los heterocigotos se puede utilizar, en principio, la identificación de las mutaciones específicas. Ahora bien, como hay más de 30 mutaciones alélicas que pueden causar la enfermedad de Gaucher, tampoco se puede utilizar una sola prueba genética. Como ocurre con todas las enfermedades de depósito liso- sómico, el tratamiento de la enfermedad de Gaucher es difí- cil. La terapéutica sustitutiva con enzimas recombinantes es eficaz pero sumamente cara. Como el defecto fundamental reside en las células fagocitarias mononucleares que derivan de las células primitivas de la médula ósea, se ha intentado como solución el trasplante de médula ósea. En el futuro, los esfuerzos se dirigirán a corregir el déficit enzimático median- TRASTORNOS GENÉTICOS 170 m Capítulo 6 Figura 6-16 Médula ósea en la enfermedad de Gaucher. A, Células de Gaucher con abundante citoplasma granular cargado de lípidos. B, Microfotografía electrónica de las cé- lulas de Gaucher con los lisosomas distendidos y alargados. (Cortesfa del Dr. Mathew Frieze, Department of Pathology, University of Texas Southwestern Medi- cal Center, Dallas, TX.) te una transferencia del gen normal de la glucocerebrosidasa a las células del paciente. Se ha obtenido un modelo de la en- fermedad de Gaucher en el ratón mediante la rotura selectiva (inactivación) del gen de la glucocerebrosidasa múrida *. Po- siblemente se compruebe la utilidad de este modelo animal en el diseio de una terapéutica génica para la enfermedad de Gaucher. Mucopolisacaridosis Las mucopolisacaridosis (MPS) son un grupo de síndromes íntimamente relacionados que se deben a déficit determinados genéticamente de las enzimas lisosómicas que intervienen en la degradación de los mucopolisacáridos (glucosaminoglu- canos). Desde el punto de vista químico, los mucopolisacári- dos son carbohidratos complejos de cadena larga que se unen a las proteínas y forman los proteoglucanos. Abundan en la sus- tancia fundamental del tejido conjuntivo. Los glucosaminoglu- canos que se acumulan en las MPS son: el dermatán sulfato, heparán sulfato, queratán sulfato y condroitín sulfato”. Las en- zimas que intervienen en la degradación de estas moléculas ac- túan separando a los azúcares terminales de las cadenas de polisacáridos que se encuentran a lo largo de un polipéptido o proteína central. Cuando la separación del azúcar terminal no puede realizarse, el resto de la cadena polisacárida no puede seguir degradándose, y esas cadenas se acumulan en los lisosomas de diversos tejidos y órganos del cuerpo, producien- do alteraciones somáticas y neurológicas graves. Se han descrito varias formas clínicas de MPS, clasificadas numéricamente desde la MPS 1 a la MPS VII. Cada una de ellas se debe al déficit de una enzima distinta. Todas las MPS, salvo una, se heredan con carácter autosómico recesivo; la ex- cepción, conocida como síndrome de Hunter, es recesiva liga- da al cromosoma X. Dentro de cada grupo (p. ej., la MPS 1, que se caracteriza por el déficit de o-1-iduronidasa), existen subgrupos que se deben a alelos mutantes diferentes situados en el mismo locus genético. Así, la intensidad del déficit enzimático y la gravedad del cuadro clínico suelen variar in- cluso dentro del mismo grupo. En general, las MPS son trastornos que afectan a muchos órganos, entre ellos: hígado, bazo, corazón y vasos sanguíne- os. La mayoría de ellos se asocian a rasgos faciales toscos, opacidades corneales, rigidez articular y retraso mental. A menudo, hay un aumento de la excreción urinaria de los mu- copolisacáridos acumulados. MORFOLOGIA. Los mucopolisacáridos suelen acumu- larse en las células fagocíticas mononucleares, célu- las endoteliales, fibras musculares lisas de la íntima y. en los fibroblastos de todo el cuerpo, Por eso se afec- tan a menudo el bazo, el hígado, la médula ósea, los gangiios linfáticos. los vasos y el corazón. Microscópicamente, las células afectadas están hinchadas y tienen un citoplasma de aspecto claro de donde procede el nombre de células balonadas. Elcitoplasma claro puede considerarse formado por numerosas vacuolas que, con el microscopio electró- nico, aparecen como lisosomas hinchados y. llenos de una sustancia finamente granulosa y PAS positiva que, bioquimicamente, corresponden a mucopoli- sacáridos. Se encuentran parecidos cambios lisosó- micos en las neuronas de los síndromes caracteriza- dos por afectación del sistema nervioso central, Sin. embargo, además, algunos lisosomas neuronales ha sido sustituidos por cuerpos cebra laminados, que se. parecen a los observados en la enfermedad de Nie- mann-Pick. Son rasgos comunes a todas las MPS: la hepatoesplenomegalia, las deformidades esqueléti- cas, las lesiones valvulares y los depósitos suben- doteliales en las arterias, 7 enlas coro- narias, y las lesiones cerebrales, En muchos de los síndromes. más crónicos, las: lestones coronarias. subendoteliales dan lugar a isquemia miocárdica. Por tanto, el infarto de miocardio y la insuficiencia cardíaca son causas importantes de muerte. De las siete variedades conocidas, se describen aquí sólo dos síndromes bien caracterizados. El síndrome de Hurler, o MPS I H, debido al déficit de ot-1-iduronidasa, es una de las NORMAL Distintos tejidos Glucólisis Glucosa 2 Energia Pá - çe) ENFERMEDAD POR DEPÓSITO DE GLUCÓGENO (TIPO HEPÁTICO) Glucemia baja “ ENFERMEDAD POR DEPÓSITO DE GLUCÓGENO (TIPO MIOPÁTICO) Ce lieto IIS Glucosa 7 scasa Es CS a Figura 6-18 = Arriba: esquema simplificado del metabolismo del glucógeno en el hígado y los músculos esqueléticos. En el centro: consecuencias del déficit hereditario de las enzimas hepáticas que intervienen en el metabolismo del glucógeno. Abajo: consecuencias de un déficit hereditario de las enzimas que metaboli- zan el glucógeno en los músculos esqueléticos. vando la lesión. La columna vertebral, especialmen- te, los discos intervertebrales, son los principales sítios, afectados, pero más tarde pueden afectarse las rodi- llas, hombros y caderas, Las pequenas articulaciones de las manos y los pies suelen quedar respetadas. Aunque el defecto metabólico existe desde el nacimiento, la artropatía degenerativa aparece lentamente y no suele manifes- tarse clínicamente de una forma evidente hasta el cuarto decenio de la vida. Aunque no amenaza la vida, la enfermedad puede ser muy invalidante. La incapacidad puede ser tan extrema como la que producen las formas graves de artrosis (Capítulo 28) de los ancianos, con la diferencia de que la artropatía de la alcaptonu- ria aparece a edades mucho más tempranas. Trastornos asociados a defectos de las proteínas que regulan el crecimiento celular El crecimiento y diferenciación normal de las células están regulados por dos clases de genes: los protooncogenes y los Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS mm 173 genes de supresión tumoral, cuyos productos estimulan o inhi- ben el crecimiento celular (Capítulos 4 y 8). Ya se sabe con certeza que las mutaciones de estas dos clases de genes son importantes para la patogenia de los tumores. En la inmensa mayoría de los casos, las mutaciones causantes de cáncer afectan a las células somáticas y por tanto no son transmitidas por la línea de las células germinales. Sin embargo, en un 5 % aproximadamente de todos los cánceres, las mutaciones que se transmiten por la línea germinal contribuyen a la aparición del cáncer. La mayoría de los cánceres familiares se heredan con carácter autosómico dominante, pero también se han des- crito algunos procesos recesivos. Este tema se estudia con gran detalle en el Capítulo 8, Aquí se ofrece un ejemplo de dos neoplasias familiares frecuentes. NEUROFIBROMATOSIS: TIPOS 1 Y 2 Las neurofibromatosis comprenden dos trastornos autosó- micos dominantes que afectan aproximadamente a 100 000 personas en EE.UU. Se conocen como neurofibromatosis de tipo 1 (anteriormente Ilamada enfermedad de von Reckling- hausen) y neurofibromatosis de tipo 2 (antes llamada neurofi- bromatosis del acústico). Aunque sus manifestaciones clínicas coinciden en parte, estas dos entidades son genéticamente dis- tintas *, La neurofibromatosis de tipo 1 es un trastorno relativamen- te común, con una frecuencia de casi 1 por 3000 nacimientos. Un 50 % aproximadamente de los pacientes tienen una histo- ria familiar clara compatible con una transmisión autosómica dominante, y el resto parecen corresponder a mutaciones nue- vas. En los casos familiares, la expresividad del proceso es muy variable, pero la penetrancia es del 100 %. La neurofibro- matosis de tipo 1 tiene tres caraçterísticas importantes: 1) nu- merosos tumores nerviosos (neurofibromas) esparcidos por todas partes, sea en la superficie del cuerpo o en su interior; 2) muchas lesiones cutáneas pigmentadas, algunas de las cuales son manchas café con leche; y 3) hamartomas pigmen- tados del iris, Ilamados también nódulos de Lisch. Estas mani- festaciones cardinales pueden ir acompaiiadas de una serie desconcertante de otras anomalías (que se citan más adelante). MORFOLOGIA. Los neurofibromas aparecen o están unidos a los troncos nerviosos de cualquier punto de la piel, incluidas las palmas de las manos y plantas de los pies, y también se les encuentra en cualquier. sitio Imaginable del interior del cuerpo, incluidos los nervios craneales, En las personas con neurofibroma- tosis de tipo 1 se encuentran tres clases de neurofi- bromas: cutáneos, subcutáneos y. plexiformes. Los. neurofibromas cutáneos o dérmicos son. lesiones blandas, sesiles o pediculadas, cuyo número varia desde unos pocos à muchos clentos, Los neurofibro- mas subcutáneos crecen inmediatamente por de- bajo de la piel; forman masas firmes y redondeadas que, a menudo, son dolorosas. Los neurofibromas: cutâneos y subcutáneos pueden ser: lesones meno- res de 1 cm de diámetro: lesiones pedunculados de mediano tamano; o masas voluminosas con muchos lóbulos péndulos de 20 cm o más de diámetro máxi- mo. Esta última variedad, conocida como: neurofi- 174 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS Categoria clinicopatológica Tipo específico enzimático Alteraciones morfológicas Manifestaciones clínicas Tipo hepático Hepatorrenal: Glucosa-6- Hepatomegalia: depósitos de Pacientes no tratados: retraso del crecimiento y enfermedad fosfatasa glucógeno intracitoplásmico desarrollo; hepatomegalia y nefromegalia. de von Gierke y pequeiias cantidades de Hipoglucemia por falta de movilización de la (tipo 1) lípidos; glucógeno glucosa que, a menudo, produce convulsiones. intranuclear Hiperlipidemia e hiperuricemia debidas al Nefromegalia: depósitos de deterioro del metabolismo de la glucosa; glucógeno intracitoplasmático muchos pacientes presentan gota y xantomas en las células corticales del cutáneos. Tendencia a sangrar por disfunción epitelio tubular plaquetaria. La mayoría de los pacientes tratados sobreviven y presentan complicaciones tardías, p. ej., adenomas hepáticos Tipo miopático Síndrome de Fosforilasa Afecta sólo al músculo Calambres dolorosos con el ejercicio intenso. McArdle muscular esquelético: depósito de Mioglobinuria en 50 % de casos. Comienzo en (tipo V) glucógeno, sobre todo de la edad adulta (> 20 aiios). Falta de elevación localización subsarcolémica del lactato en sangre venosa después del ejercicio muscular. Compatible con una longevidad normal Otros tipos Glucogenosis Glucosidasa Hepatomegalia ligera: Cardiomegalia masiva, hipotonfa muscular e generalizada: lisosómica balonización de los insuficiencia cardiorrespiratoria a los 2 afios. enfermedad de (maltasa lisosomas por el glucógeno, Hay una forma más leve del adulto con Pompe (tipo 1) ácida) con aspecto translúcido del afectación exclusiva de la musculatura citoplasma Cardiomegalia: glucógeno en el sarcoplasma y unido a la membrana Músculo esquelético: iguales que los del corazón (véase Cardiomegalia) esquelética y que se manifesta como una miopatfa crónica Figura 6-19 Enfermedad de Pompe (enfermedad por depósito de glucógeno, tipo ID). A, Miocardio normal con citoplasma eosinófilo abundante. B, Paciente con enfermedad de Pompe (a igual aumento) cuyas fibras miocárdicas, Ilenas de glucógeno, se aprecian como espacios claros. (Cortesía del Dr. Trace Worrell, Department of Pa- thology, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX.) broma plexiforme, afecta difusamente al tejido sub- cutáneo y contiene muchos nervios engrosados y. tortuosos: la piel que los cubre suele: estar hiperplg- mentada. Estos neurofibromas pueden crecer enor- memente, y provocar un sorprendente aumento de tamaho de un miembro o de otra parte del cuerpo. En el interior del cuerpo pueden encontrarse tumo- Tes parecidos, y en general las leslones situadas en “profundidad suelen ser grandes. Microscópica- mente, los neurofibromas muestran una prolifera- ción de todos los elementos de los nervios periféri- cos: neuritas, células de: Sehwann: y: fibroblastos, Habitualmente, estos componentes están dispersos en un estroma mixoide y laxo: donde adoptan um patrón: desordenado, En él predominan las células de Schwann alargadas y serpenteantes, con sus nú- cleos deigados y fusiformes. Esta estructura desorde- nada y laxa permite distinguir a estos tumores nervio- sos “de los sehwannomas. Estos últimos, formados totalmente por células dle Schwann, no sufren prácti- “camente nunca la transformación maligna, mientras que los neurofibtomas plexiformes se malignizan en cerca del 5 % de los pacientes con neurofibromato- sis de tipo 1”, La transformación maligna es más fre- cuente en los tumores plexiformes grandes unidos a los principales troncos nerviosos: del cuello o: los miembros. En'cambio las lesiones superficiales, a pe- sar- de su famaho, raras veces se malignizan. Las pigmentaciones cutáneas, el segundo: ele- mento importante de este sindrome, aparecen en más clel 90 % de los pacientes. Casi slempre se trata. de máculas de color castaho claro o café con le- che, de bordes generalmente lisos y localizadas con frecuencia sobre los troncos nerviosos. Suelen ser re- dondas u ovaladas, con su eje mayor paralelo al nervio cutáneo subyacente. Las personas normales pueden tener algunas manchas café con leche, pe- to es una máxima clínica que si un adulto: presenta seis O más manchas de más de 1.5 cm de diámetro, es probable que padezca una neurofibromatosis 1. Los nódulos de Lisch (hamartomas: pigmentados. del iris) se encuentran en más del 94 % de los paclen- tes de: 6 o más anos de edad, No producen ningún. sintoma; pero son útiles para confirmar e! diagnós- tico. S Se han descrito otras muchas alteraciones asociadas en estos pacientes. Quizá la más frecuente (observada en un 30 a 50 % de los casos) sean las lesiones esqueléticas, que adoptan una morfología variable, como: 1) defectos o erosiones óseas debidas a neurofibromas contiguos al hueso, 2) escoliosis, 3) lesiones quísticas intraóseas, 4) quistes óseos subperiósticos, y 5) pseudoartrosis de la tibia. Los pacientes con neurofibro- matosis de tipo 1 tienen un riesgo de dos a cuatro veces mayor de padecer otros tumores, especialmente, tumores de Wilms, rabdomiosarcomas, meningiomas, gliomas del nervio óptico y feocromocitomas. Los niãos afectados están expuestos a en- fermar de leucemia mieloide crónica. Algunos pacientes con esta afección tienen un cociente in- telectual (CI) normal, pero existe una tendencia inconfundible hacia una disminución de la inteligencia. Los neurofibromas del tubo digestivo pueden producir obstrucción o hemorragia gastrointestinal. La compresión y estrechez de una arteria re- Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉIICOS m 175 nal por un tumor puede causar hipertensión arterial. Debido a la variable expresión del gen, la amplitud de las manifestacio- nes clínicas es casi ilimitada, pero en último término, el diag- nóstico se apoya en la coincidencia de numerosas manchas ca- fé con leche con abundantes tumores cutáneos. El gen de la neurofibromatosis de tipo 1 (NF-1) está situado en el cromo- soma 17q11.2 y codifica una proteína llamada neurofibromina, que regula a la baja la función de la oncoproteína p21 ras (véa- se la sección sobre oncogenes, Capítulo 8). Por tanto, el NF-1 pertenece a la familia de los genes de supresión tumoral. La neurofibromatosis de tipo 2 es un proceso autosómico dominante que causa la aparición de una serie de tumores, so- bre todo de schwannomas acústicos bilaterales y muchos me- ningiomas. Estos pacientes también presentan gliomas que habitualmente son ependimomas de la médula espinal. En mu- chos casos hay además lesiones no tumorales, como infil- traciones nodulares de las células de Schwann dentro de la médula espinal (schwannosis), meningoangiomatosis (prolife- ración de células meníngeas y de los vasos sanguíneos dentro del cerebro) y hamartias gliales (colecciones nodulares micros- cópicas de células gliales en sitios anormales, como las que a menudo se forman en las capas superficiales y profundas de la corteza cerebral). También hay manchas café con leche, pero no se encuentran nódulos de Lisch en el iris. Este trastorno es mucho más raro que la neurofibromatosis de tipo 1, teniendo una frecuencia de 1 por cada 40 000 a 50 000 personas. El gen de la NF-2, situado en el cromosoma 22q12, es tam- bién un gen de supresión tumoral. Como se verá en el Capítulo 8, el producto de este gen, Ilamado merlina, presenta semejanzas estructurales con una serie de proteínas del citoesqueleto *. La proteína está muy repartida por todos los tejidos, y sus funcio- nes siguen siendo inciertas. TRASTORNOS DE HERENCIA MULTIFACTORIAL Como se sefialó antes, los trastornos multifactoriales se deben a la acción combinada de factores ambientales y de dos o más genes mutantes cuyos efectos se suman. El efecto debido al com- ponente genético depende de la dosis: cuanto mayor es el núme- ro de genes nocivos heredados, más graves son las manifesta- ciones de la enfermedad. Como los factores ambientales influyen considerablemente en la expresión de estos trastornos genéticos, no se debe emplear el término de herencia poligénica. Algunos rasgos fenotípicos normales dependen de una he- rencia multifactorial; es lo que ocurre con el color del cabello, de los ojos y la piel, con la estatura y la inteligencia. Estos caracteres ofrecen una variación continua en los grupos de población, y su curva de distribución es típica, en forma de campana. No obstante, las influencias ambientales modifican notablemente la expresión fenotípica de los rasgos multifacto- riales. Por ejemplo, algunos grupos de diabéticos presentan muchos rasgos de un proceso multifactorial. Clínicamente, se sabe que la diabetes mellitus suele manifestarse después de ganar peso un individuo. Así pues, que la obesidad, lo mismo que otras influencias ambientales, desenmascara el rasgo ge- nético de la diabetes. Los factores nutricionales pueden hacer incluso que los gemelos monocigóticos alcancen estaturas di- ferentes. Un nifio privado de soportes culturales no puede al- canzar plenamente toda su capacidad intelectual. 178 E Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS Brazo | Región Banda! Sub-banda Albinismo ocular Enfermedad granulomatosa crónica Distrofia muscular de Duchenne Síndrome de Menkes à Feminización testicular la Inmunodeficiencia combinada grave ligada al cromosoma X Figura 6-21 m Detalle del cromosoma X perteneciente a un cariotipo bandeado (Ilamado también «idiograma»). Repárese en la nomenclatura de los brazos, las regiones, las bandas y las sub-bandas. A la derecha se senialan los lugares apro- al cromosoma X Hemofilia A CROMOSOMA X Déficit de G6PD Figura 6-22 = Hibridación fluorescente in situ (FISH). Núcleos en la interfase de un carcino- ma hepático infantil (hepatoblastoma) teílidos con una sonda fluorescente de DNA que se hibrida al cromosoma 20. Con la luz ultravioleta, cada núcleo muestra tres puntos amarillos brillantes, que corresponden a tres copias del cromosoma 20. Las células diploides normales (no representadas) tienen dos puntos fluorescentes. (Cortesfa del Dr. Vijay Tonk, Department of Pathology, University of Texas Southwestem Medical Center, Dallas, TX.) Enfermedad de Fabry ximados que ocupan algunos genes causantes de enfer- medades. Agammaglobulinemia ligada E Síndrome de Lesch-Nyham Hemofilia B, síndrome de Hunter Síndrome del cromosoma X frágil Figura 6-23 = FISH. Extensión de una metafase donde se han usado dos sondas, una para los extremos terminales del cromosoma 22, y la otra para el locus D22$75 que permite cartografiar al cromosoma 22. Se han marcado los extremos termina- les de los dos cromosomas 22. Uno de los cromosomas no se ha teiido con la sonda utilizada para el locus D22575, indicando la existencia de una microde- leción en esta región. Esta deleción da lugar al síndrome de deleción 22q11 descrito en la p. 173. (Cortesía de la Dra. Nancy Schneider, Department of Pathology, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX.)  Figura 6-24 m Tinción de los cromosomas con una colección de sondas del DNA específico del cromosoma 22, La existencia de tres cromosomas fluorescentes indica que el paciente tiene una trisomía 22. (Cortesía del Dr. Charleen M, Moore, The University if Texas Health Science Center at San Antonio, San Antonio, TX.) de uno o varios cromosomas. La dotación cromosómica nor- mal es 46,XX en la mujer y 46,XY en el varón. Cualquier múltiplo exacto del número haploide se Ilama euploide. Sin embargo, si se produce un error en la meiosis o en la mitos; y una célula adquiere un complemento cromosómico que no es un múltiplo exacto de 23, estamos ante una aneuploidía. Las causas habituales de aneuploidía son la no disyunción y el Figura 6-25 = Cariotipo espectral. (Cortesía del Dr. Janet D. Rowley, University of Chicago Center, Chicago, IL.) Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉNICOS E 179 retraso de la anafase. La primera ocurre cuando un par de cro- mosomas homólogos no se separan en la primera división meiótica, o cuando las dos cromátides no se separan en la se- gunda división meiótica o durante la multiplicación de la célu- la somática, produciéndose entonces dos células aneuploides. Cuando la no disyunción ocurre durante la gametogénesis, los gametos que se forman tienen un cromosoma más (n+1) o un cromosoma menos (n-1). Cuando esos gametos son fecunda- dos por unos gametos normales se obtienen dos clases de ci- gotos: trisómicos (2n+1) o monosómicos (2n-1). En el retraso de la anafase, un cromosoma homólogo durante la meiosis, o una cromátide durante la mitosis, se rezaga y no se incorpora al núcleo celular. El resultado es una célula normal y otra con monosomía. Como se verá después, las monosomías o tri- somías de los cromosomas sexuales, o incluso otras aberra- ciones más extraiias, son compatibles con la vida y suelen asociarse a cambios fenotípicos de intensidad variable. La mo- nosomia de un autosoma supone generalmente una pérdida de demasiada dotación genética para que la vida sea posible al nacer o incluso en la embriogénesis, mientras que varias tri- somías autosómicas son compatibles con la supervivencia. A excepción de la trisomía 21, todas producen unos lactantes gravemente afectados que casi siempre mueren a temprana edad. En ocasiones, los errores de la mitosis al comienzo del de- sarrollo dan lugar a dos o más poblaciones de células en el mismo individuo, un proceso conocido como mosaicismo. El mosaicismo puede deberse a errores de la mitosis durante la división del óvulo fecundado o de las células somáticas. El mosaicismo de los cromosomas sexuales es relativamente fre- cuente. Un error durante la división del óvulo fecundado pue- de hacer que una de las células hijas reciba tres cromosomas sexuales, y que la otra reciba uno solo, dando lugar así, por ejemplo, al mosaico 45,X/47,XXX. Toda la descendencia ce- lular derivada de esos precursores tendrá por tanto una dota- ción 47,XXX o una dotación 45,X. Una paciente con ese mo- saico constituye una variedad del síndrome de Turner, donde la intensidad de los rasgos fenotípicos va a depender del nú- mero y distribución de las células 45,X. Si el error sucede en una división más tardía, el mosaico tendrá tres poblaciones de células, y habrá algunas con una dotación normal 46,XX (es decir, 45,X/46,XX/47,XXX). Si los errores de la mitosis se re- piten, pueden aparecer muchas poblaciones celulares. El mosaicismo autosómico parece ser mucho menos frecuen- te que el de los cromosomas sexuales. Los errores que ocurren durante las primeras divisiones mitóticas de los autosomas sue- len producir mosaicos no viables con monosomía autosómica. Raras veces se tolera la pérdida de una línea celular inviable du- rante la embriogénesis, lo que produce un mosaico (p. ej., 46,XY/47,XY+ 21). Este paciente tendría un mosaico con triso- mía 21 y una expresión parcial del síndrome de Down, depen- diendo del porcentaje de células que expresaran la trisomía. El segundo grupo de aberraciones cromosómicas es el que se asocia a alteraciones en la estructura de los cromosomas. Para poder descubrirlo con la técnica habitual de bandeo, el proceso debe afectar a una cantidad bastante grande de DNA (unos 4 millones de pares de bases), que contenga varios ge- nes. La resolución es mucho mayor utilizando la FISH. Los cambios estructurales de los cromosomas se deben habitual- mente a roturas cromosómicas seguidas de la pérdida y reor- denamiento del material genético. Estas alteraciones ya ocu- 180 E Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS rren espontáneamente en pequefia cuantía, pero aumentan tras la exposición a mutágenos ambientales, como las sustancias químicas y las radiaciones ionizantes. Además, hay algunos trastornos que se heredan con carácter autosómico recesivo (anemia de Fanconi, síndrome de Bloom y ataxia-telangiecta- sia) que se asocian a una inestabilidad cromosómica tan inten- sa que se les conoce como síndromes por rotura de cromoso- mas. Como se verá después en el Capítulo 8, estos procesos tienen un riesgo considerablemente mayor de aparición de un câncer. En la siguiente sección, se repasará brevemente las formas más frecuentes de trastornos de la estructura cromosó- mica y las notaciones que se utilizan para designarlas. La deleción es la pérdida de una parte de un cromosoma (Fig. 6-26). Puede afectar a la porción terminal o intermedia del mismo. Las deleciones terminales aparecen tras una sola rotura de un brazo del cromosoma, dejando suelto un frag- mento que no contiene el centrómero y que se pierde después en la siguiente división celular. Se puede especificar la región y la banda donde se ha producido la rotura, por ejemplo, así: 46,XY, del(16)(p14), lo que significa una rotura ocurrida en la región 1, banda 4, del brazo corto del cromosoma 16. Las de- leciones intermedias (o «intersticiales») ocurren cuando se producen dos líneas de rotura en el cromosoma y la región en- tre ambas se separa y se pierde. Un cromosoma en anillo es una forma especial de deleción. Ocurre cuando la deleción de los dos extremos de un cromo- soma va seguida de la fusión de los extremos seccionados (Fig. 6-26). Si se pierde bastante material genético, aparecen al- TRANSLOCACIONES ccseb cab Fusión céntrica cm dam CE. amem Robertsoniana ISOCROMOSOMAS Quo? EV INVERSIONES Paracéntrica cod ——— e Pericéntrica eba —“ es Figura 6-26 Recíproca equilibrada teraciones fenotípicas. Esto podría designarse así: 46,XY n(14). Los cromosomas en anillo no se comportan normalmente du- rante la meiosis o la mitosis, y suelen tener serias consecuencias. La inversión es un reordenamiento que consiste en dos ro- turas dentro de un mismo cromosoma seguida de una reincor- poración, pero invertida, del fragmento intermedio resultante (Fig. 6-26). La inversión que afecta solamente a un brazo del cromosoma se Ilama paracéntrica. Si las roturas se producen en los extremos opuestos al centrómero, la inversión se Ilama pericéntrica. Las inversiones son totalmente compatibles con un desarrollo normal. Los isocromosomas se forman cuando se pierde un brazo de un cromosoma y el brazo que queda se duplica, dando lu- gar a un cromosoma formado únicamente por dos brazos cor- tos o dos brazos largos (Fig. 6-26). La información genética que posee un isocromosoma es morfológicamente idéntica en ambos brazos. El isocromosoma que más frecuentemente se encuentra en los nacidos vivos es el que afecta al brazo largo del cromosoma X y que se designa i(X)(10). Este isocromo- soma (Xq) se asocia a una monosomía de los genes situados en el brazo corto de X y a una trisomía de los genes localiza- dos en el brazo largo de X. En la translocación, un segmento de un cromosoma se tras- lada a otro cromosoma distinto (Fig. 6-26). En la forma llama- da translocación recíproca equilibrada, hay roturas aisladas en cada uno de los dos cromosomas, y se produce por tanto un intercambio de material genético. Probablemente, esta clase de translocaciones no se descubriría si no fuera mediante las [eo] Porción perdida DELECIONES cab — ces |p| Fragmentos Dea EN ANILLO jap) Fragmentos ci de reordenamientos cromosómicos. NAWWES Ê É £ 8 8 om -28 Manifestaciones clínicas de algunas tris Figura 6: 184 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS frecuentes como para mencionarlas aquí brevemente. Como se sefiala en la Figura 6-28, tienen varias características cariotípi- cas y clínicas en común con la trisomía 21, Así, la mayoría de los casos proceden de la falta de disyunción meiótica y, por tanto, llevan consigo una copia adicional completa del cromo- soma 18 o del cromosoma 13. También se ha observado una asociación con la edad avanzada de la madre, igual que en el síndrome de Down. Pero, a diferencia de la trisomía 21, las malformaciones son mucho más graves y variadas. La conse- cuencia es que estos lactantes sólo raras veces superan el pri- mer afio de vida; casi todos fallecen en unas semanas o meses. SÍNDROME DE LA DELECIÓN CROMOSÓMICA 2290 El síndrome de la deleción cromosómica 22q11 abarca un grupo de trastornos debidos a una pequeria deleción de la ban- da 11 del brazo largo del cromosoma 22 *. Entre las manifes- taciones clínicas de este síndrome se encuentran: cardiopatías congénitas, anomalías del paladar, dismorfia facial, retraso del desarrollo, inmunodeficiencia de células T de intensidad va- riable, e hipocalcemia. Anteriormente se pensó que estas ma- nifestaciones clínicas correspondían a dos procesos diferentes: el síndrome de DiGeorge y el síndrome velocardiofacial. Los pacientes con síndrome de DiGeorge tienen hipoplasia del timo, con la consiguiente inmunodeficiencia de células T (Ca- pítulo 7), hipoplasia paratiroidea causante de hipocalcemia, diversas malformaciones cardíacas que afectan al tracto de sa- lida, y ligeras anomalías faciales. Los rasgos clínicos del Ila- mado síndrome velocardiofacial consisten en dismorfia facial (nariz prominente, retrognatia), fisura palatina, anomalías car- diovasculares y dificultades para el aprendizaje. Con menos frecuencia, estos pacientes tienen también inmunodeficiencia. Hasta hace poco tiempo, no se advirtió la coincidencia parcial de las manifestaciones clínicas de estos dos procesos (p. ej., las malformaciones cardíacas, la dismorfia facial); sólo se cayó en la cuenta al descubrirse que estos dos síndromes sin relación aparente se asociaban a una misma alteración cito- genética. Desde entonces, para referirse a este proceso se ha acufiado el acrónimo CATCH 22 (anomalías cardíacas/facia- les, déficit de células T por hipoplasia tímica, fisura [«cleft»] palatina, hipocalcemia por hipoparatiroidismo, debido todo ello a la deleción 22q11). Aunque esta regla mnemotécnica re- sulta cómoda para recordar las características clínicas del sín- drome de la deleción 22q11, se debe evitar el uso del término «catch» porque parece despectivo para los pacientes. Este proceso puede sospecharse por la clínica, pero la con- firmación diagnóstica obliga a descubrir la deleción mediante sondas de FISH (véase Fig. 6-23). Con este método, un 90 % aproximadamente de los casos diagnosticados anteriormente de síndrome de DiGeorge y un 60 % de los casos de síndrome velocardiofacial tienen una deleción de 22g11. Un 30 % de los pacientes con malformaciones cardíacas en tronco de cono, pero sin los demás defectos de este síndrome, muestran tam- bién deleciones de la misma región cromosómica. Se desconoce la base molecular de este síndrome. El tama- fio de la región desaparecida es lo suficiente grande (1.5 me- gabases, aproximadamente) para que abarque a muchos genes. La heterogeneidad clínica, con predominio de la inmunodefi- ciencia en unos casos (síndrome de DiGeorge) y de las dis- morfias y anomalías cardíacas en otros, refleja probablemente la ubicación y tamaãio variables del segmento de esa región genética que se pierde. En ese fragmento que desaparece están localizados algunos genes, como los homólogos de Drosophi- la y los factores de transcripción de las levaduras y los de la segmentación embrionaria de Drosophila, pero hasta ahora no ha aparecido un solo gen al que pueda culparse en exclusiva. Trastornos citogenéticos que afectan a los cromosomas sexuales Las enfermedades genéticas debidas a alteraciones del ca- riotipo que afectan a los cromosomas sexuales son mucho más frecuentes que las relacionadas con alteraciones autosómicas. Ademas, los desequilibrios (por exceso o por defecto) de los cromosomas sexuales se toleran mucho mejor que los dese- quilibrios similares de los autosomas. Esa tolerancia depende, en gran parte, de dos factores que son característicos de los cromosomas sexuales: 1) inactivación (por «efecto Lyon») de todos los cromosomas X salvo uno, y 2) la pequefia cantidad de material genético que lleva consigo el cromosoma Y. Co- mentaremos estos hechos brevemente para comprender mejor los trastornos de los cromosomas sexuales. En 1961, Lyon” describió la inactivación del cromosoma X, lo que ordinariamente se conoce como hipótesis de Lyon. Afirma que: 1) sólo uno de los cromosomas X actúa genética- mente, 2) el otro cromosoma X, de origen materno o paterno, sufre una heteropicnosis y se inactiva, 3) la inactivación de ese cromosoma X, materno o paterno, se produce de forma aleatoria en todas las células del blastocisto hacia el día 16 de la vida embrionaria, y 4) la inactivación del mismo cromo- soma X se mantiene en todas las células derivadas de cada célula precursora. Así pues, la gran mayoría de mujeres nor- males son en realidad mosaicos y tienen dos poblaciones celu- lares, una con una X materna inactivada y otra con una X pa- terna inactivada. Esto explica que las mujeres tengan la misma cantidad de genes activos ligados al cromosoma X que los va- rones. El cromosoma X inactivo puede verse en los núcleos en interfase en forma de una pequeiia masa oscura en contacto con la membrana nuclear, conocida como corpúsculo de Barr o cromatina X. Existen corpúsculos de Barr en todas las célu- las somáticas de las mujeres normales, pero es más fácil de- mostrarlos en las preparaciones de células epiteliales planas de la boca. Los principios básicos de la hipótesis de Lyon han resistido el paso del tiempo, si bien se han modificado algo. Por ejem- plo, inicialmente se pensó que todos los genes del cromosoma X inactivo «se perdían». Pero mediante estudios moleculares más recientes se ha descubierto que muchos genes eluden la inactivación de X. Se supone que alguno de los genes que son expresados por ambos cromosomas X son importantes para el crecimiento y desarrollo normales. Esta idea se basa en el he- cho de que los pacientes con monosomía del cromosoma X (síndrome de Turner: 45,X) presentan alteraciones somáticas y gonadales importantes. Si fuera suficiente una sola dotación de los genes ligados al cromosoma X, no se produciría ningún efecto nocivo en esos casos. Además, aunque se inactiva un cromosoma X en todas las células durante la embriogénesis, se reactiva selectivamente en las células germinales antes de la primera división meiótica. Por tanto, parece que se necesitan los dos cromosomas X para que la ovogénesis sea normal. Con respecto al cromosoma Y, se sabe que este cromosoma es necesario y suficiente para el desarrollo de un varón. Inde- pendientemente del número de cromosomas X que existan, la presencia de un solo cromosoma Y determina el sexo masculi- no. El gen que impone el desarrollo de los testículos ($ry = re- gión determinante del sexo del cromosoma Y) está localizado en la parte distal del brazo corto de Y ”. Además, cada vez hay más pruebas de que algunos genes situados en el brazo largo de Y son esenciales para la espermatogénesis ”. Con es- tas nociones previas, se revisarán algunas manifestaciones que son comunes a todos los trastornos de los cromosomas se- xuales: E En general, inducen problemas crónicos sutiles relativos al desarrollo sexual y a la fecundidad. E Son procesos difíciles de diagnosticar en el momento de nacer, y muchos se identifican por vez primera al llegar a ta pubertad. E En general, cuanto mayor es el número de cromosomas X, mayor es la probabilidad de que aparezca retraso mental, tanto en mujeres como en varones. A continuación, se describen los procesos más importantes debidos a aberraciones de los cromosomas sexuales. SÍNDROME DE KLINEFELTER El síndrome de Klinefelter se define mejor como un hipogo- nadismo masculino que aparece en sujetos con dos o más cro- mosomas X y uno o más cromosomas Y, Es una de las formas más frecuentes de enfermedad genética con afectación de los cromosomas sexuales y, también, una de las causas más fre- cuentes de hipogonadismo del varón. Su incidencia es aproxi- madamente de 1 por cada 850 nacidos vivos varones. Raras veces se diagnostica antes de la pubertad, sobre todo porque la alteración testicular no es evidente hasta ese momento. La ma- yoría de los pacientes tiene un hábito corporal característico, con aumento de la distancia pubis-suelo, que produce un cuer- po de aspecto alargado. También son característicos: el hábito eunucoide, con piernas anormalmente largas; testículos pe- querios y atróficos, a menudo junto a un pene pequefio; y la ausencia de caracteres sexuales secundarios propios del varón, como voz grave, vello facial y distribución masculina del vello pubiano. A veces hay ginecomastia. El CI es, en promedio, in- ferior al normal, pero no es frecuente el retraso mental. El cua- dro típico no se observa en todos los casos, y el único hallazgo constante es el hipogonadismo. Existen siempre niveles plasmá- ticos de gonadotropinas elevados, especialmente de la hormona foliculoestimulante (FSH), mientras que las concentraciones de testosterona están disminuidas en grado variable. También hay valores medios elevados de estradiol en plasma, cuyo mecanis- mo se desconoce. El cociente estrógenos/testoterona indica el grado de feminización que existe en cada caso. El síndrome de Klinefelter es la causa principal del dete- rioro de la espermatogénesis y de la esterilidad masculina. En algunos pacientes, los tubos seminíferos están totalmen- te atrofiados y han sido sustituidos por esbozos de colágeno hialino de color rosado. En otros casos, túbulos aparente- mente normales están intercalados con túbulos atróficos. En algunos pacientes, todos los túbulos son primitivos, de as- pecto embrionario, formados por cordones de células que Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS m 185 nunca tuvieron luces ni evolucionaron hacia la espermato- génesis del adulto. Destacan en cambio las células Leydig, debido a la atrofia y aglomeración de los túbulos. El cuadro clásico del síndrome de Klinefelter se asocia al cariotipo 47,XXY (en el 82 % de los casos). Esta dotación se debe a la falta de disyunción durante la división meiótica de uno de los padres. La ausencia de disyunción materna du- rante la primera división meiótica explica poco más de la mitad de los casos, y el resto se debe a la falta de disyunción durante la primera división meiótica paterna. No hay dife- rencias fenotípicas entre quienes reciben el cromosoma X adi- cional del padre y quienes lo heredan de la madre. La madre tiene una edad avanzada en los casos asociados a errores de la ovogénesis. Además de este cariotipo clásico, un 15 % de los casos de síndrome de Klinefelter tiene diversos mosai- cos, el más frecuente: 46,XY/47,XXY. Otras dotaciones son: 47,XXY/48,XXXY o variaciones de la misma. Raras veces se han observado cariotipos 48,XXXY o 49,XXXXY. Estos sujetos polisómicos para X tienen otras alteraciones somáti- cas, como criptorquidia, hipospadias, hipoplasia testicular más Ilamativa, y alteraciones esqueléticas, como prognatis- mo y sinostosis radiocubital. SÍNDROME XYY En el varón pueden encontrarse cromosomas Y supernu- merarios, que dan lugar a cariotipos 47,XYY o, incluso, a po- lisomías Y más numerosas. Alrededor del 1 por 1000 de los varones nacidos vivos tienen uno de esos cariotipos. Casi to- dos son fenotípicamente normales, aunque a menudo son per- sonas excesivamente altas y, a veces, con acné grave. Según los datos actuales, su inteligencia parece estar dentro de lo normal, La repercusión de los cromosomas Y adicionales sobre el comportamiento es dudosa y polémica. Estos cariotipos son más frecuentese entre los reclusos de centros penitenciarios. Los problemas de conducta adoptan la forma de comporta- mientos antisociales (no violentos), delincuencia y actos im- pulsivos teatrales. Según los estudios más recientes, parece que sólo un 1 a 2 % de los individuos con fenotipos XYY muestran estas desviaciones de la conducta; la inmensa mayo- ría no comete más actos antisociales que sus compafieros con menos cromosomas Y. SÍNDROME DE TURNER El síndrome de Turner se debe a una monosomia parcial o completa del cromosoma X y produce un hipogonadismo en pacientes fenotípicamente femeninas ”. Es la alteración más frecuente de los cromosomas sexuales en la mujer. En las pacientes con síndrome de Turner, se han encontrado tres clases de alteraciones cariotípicas demostrables con los métodos citogenéticos sistemáticos. Al 57 %, aproximadamen- te, de los casos les falta todo un cromosoma X, siendo su cario- tipo 45,X. Casi un tercio de los restantes (alrededor del 14 %) tienen alteraciones estructurales de los cromosomas X, y dos tercios (un 29 % aproximadamente) presentan mosaicismo. La consecuencia última de las alteraciones estructurales es la apa- rición de una monosomía parcial del cromosoma X. Las al- teraciones del cromosoma X son, por orden de frecuencia: 1) deleción del brazo corto, que origina la formación de un iso- 188 E Capítulo é TRASTORNOS GENÉTICOS TRASTORNOS MONOGÉNICOS CON HERENCIA NO CLÁSICA Cada vez es más evidente que la transmisión de ciertos tras- tornos monogénicos no sigue las reglas de la herencia men- deliana clásica. Estos procesos pueden dividirse en cuatro grupos: E Enfermedades debidas a mutaciones por repeticiones de tri- pletes. E Procesos causados por mutaciones en los genes mitocon- driales. E Trastornos asociados a imprimación del genoma. E Procesos asociados a mosaicismo gonadal. A continuación se describen las características clínicas y mo- leculares de algunas enfermedades monogénicas que ilustran los modelos no clásicos de la herencia. Mutaciones por repetición de tripletes: síndrome del cromosoma X frágil El síndrome del cromosoma X frágil es el prototipo de las enfermedades causadas por una mutación que se caracteriza por una larga secuencia formada por la repetición de tres nu- cleótidos. Aunque la secuencia específica de los nucleótidos que sufren esa amplificación difiere en los doce procesos que aproximadamente componen este grupo, las secuencias altera- das comparten, en la mayoría de los casos, los nucléotidos guanina (G) y citosina (C). Seguidamente se comentan las ma- nifestaciones clínicas y el tipo de herencia del síndrome del cromosoma X frágil y, después, la lesión molecular causal. Los demás procesos de este grupo se estudian más adelante, en este capítulo y en otros lugares del texto. Con una frecuencia de 1 por cada 1550 varones afectados, el síndrome del cromosoma X frágil es la segunda causa de retraso mental de origen genético, después del síndrome de Down. Es un proceso ligado a X que se caracteriza por una alteración citogené- tica inducible del cromosoma X y una mutación poco frecuente del gen del retraso mental familiar de tipo 1 (FMR-1). La altera- ción citogenética aparece como una interrupción tintorial o un es- trechamiento del brazo largo del cromosoma X cuando las célu- las se examinan en un medio de cultivo con déficit de folato. Como aparentemente el cromosoma está «roto» en ese sitio, se habla de sítio frágil (Fig. 6-30). Los varones afectados presentan retraso mental, con un CI del orden de 20 a 60. Su fenotipo se ca- racteriza por cara alargada y mandíbula grande, orejas amplias y dobladas, y testículos grandes (macroorquidia). Dada la hiperex-ten- sión articular, el gran paladar ojival y el prolapso de la válvula mi- tral, algunos pacientes se parecen a los afectados por un proceso del tejido conjuntivo. Sin embargo, estas deformidades físicas, y otras que se han descrito en este proceso, no siempre existen y a veces son bastante sutiles. La única manifestación peculiar que puede detectarse al menos en un 90 % de los varones pospubera- les con síndrome del cromosoma X frágil es la macroorquidia *. Igual que en todas las enfermedades ligadas al cromosoma X, el síndrome del cromosoma X frágil afecta a los varones. Sin em- bargo, estudiando varias genealogías, se encuentran algunos pa- trones de transmisión que no se asocian habitualmente a otros procesos recesivos ligados al cromosoma X (Fig. 6-31). Tales son: Figura 6-30 m Cromosoma X frágil, visible como una solución de continuidad en la tinción. (Cortesía de la Dra. Patricia Howard-Peebles, University of Texas Southwes- tem Medical Center, Dallas, TX.) E Varones portadores: aproximadamente un 20 % de los va- rones que, por análisis genealógico y por pruebas mole- culares, se sabe que tienen una mutación del cromosoma X frágil son normales clínica y citogenéticamente, Como los varones portadores transmiten el rasgo a sus nietos afecta- dos a través de todas sus hijas (normales fenotípicamente), se les Ilama varones transmisores. E Mujeres afectadas: alrededor del 50 % de las mujeres por- tadoras están afectadas (es decir, tienen retraso mental), ci- fra mucho mayor que la observada en otros procesos rece- sivos ligados al cromosoma X. E Riesgo de efectos fenotípicos: este riesgo depende del sitio ocupado por el individuo en el árbol genealógico. Por ejemplo, los hermanos de los varones transmisores tienen un riesgo de padecer retraso mental del 9 %, mientras que los nietos tienen un riesgo del 40 %. Este riesgo posicional se conoce a veces como paradoja de Sherman. E Anticipación: este término alude a la observación de que las manifestaciones clínicas del cromosoma X frágil em- peoran en cada generación sucesiva, como si la mutación se volviera cada vez más nociva a medida que se transmite desde un varón a sus nietos y biznietos. Estos modelos nada habituales de herencia han dejado per- plejos a los genetistas durante afios, hasta que los estudios mo- leculares comenzaron a descubrir las complejidades de esta afección. El primer avance se obtuvo cuando los estudios de li- gamientos localizaron la mutación responsable de esta enfer- medad en Xq27.3, dentro de la región citogenéticamente anor- mal. En esta región se encuentra el gen FMR-1, que tiene numerosas repeticiones en tándem de la secuencia de nucleóti- dos CGG en la región 5” no traducida. La población normal tiene pocas repeticiones CGG: entre 6 y 46 (29 de promedio). La aparición de síntomas y de un sitio frágil citogenéticamen- te detectable parece tener relación con el grado de amplifica- ción que producen las repeticiones CGG. Los varones trans- misores normales y las mujeres portadoras tienen de 50 a 230  Cromosoma X- Premutación Fenotipo Normal Cromosoma X Fenotipo Normal Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS E 189 MUJER NORMAL MUJER PORTADORA NO EMPARENTADO AD) Normal Normal Normal Cromosoma X Mutación completa Fenotipo Afectado Figura 6-31 Normal/Mutación completa Normal Normal suele afectar levemente aun50 % delas mujeres Normal Normal Genealogía del cromosoma X frágil. Obsérvese que en la primera generación todos los ovogénesis de la mujer portadora, la premutación se amplía, dando una mutación completa; por eso en la siguiente generación est os varones son normales y todas las mujeres son portadoras. Durante la afectados todos los varones que heredan el cromosoma X que tiene la mutación completa. Sin embargo, sólo está afectado, y además levemente, el 50 % de las mujeres que hereda una muta- ción completa. (Cortesía de la Dra. Nancy Schneider, Department of Pathology, University of Texas Southwestern Medical Centre, Dallas, TX.) repeticiones de CGG. Cuando ese número aumenta, se habla de premutaciones. En cambio, las personas afectadas tienen una prolongación muy extensa de la región de repetición (de 230 a 4000 repeticiones, es decir, mutaciones completas). Se supone que las mutaciones completas aparecen por nuevas amplificaciones de las repeticiones CGG observadas en las premutaciones. Esto se produce de un modo bastante peculiar. Los varones portadores transmiten las repeticiones a su des- cendencia, sin apenas cambios en el número de repeticiones. Sin embargo, cuando la premutación la transmite una mujer portadora, hay muchas probabilidades de que se produzca una enorme amplificación de las repeticiones CGG, haciendo apa- recer el retraso mental en la mayoría de la descendencia masculina y en el 50 % de la descendencia femenina. Por tan- to, parece que durante la ovogénesis, pero no durante la es- permatogénesis, las premutaciones pueden convertirse en mu- taciones por amplificación de los tripletes que se repiten. Esto explica la paradoja de Sherman; es decir, que las probabilida- des de que aparezca retraso mental son mucho mayores en los nietos que en los hermanos de los varones transmisores, por- que los nietos sufren el riesgo de heredar una premutación de su abuelo, que luego se amplifica y se convierte en una «muta- ción completa» en los óvulos de la madre. En cambio, los her- manos de los varones transmisores, que están más arriba en el arbol genealógico, es menos probable que tengan una muta- ción completa. Estos datos moleculares explican también satisfactoriamente el fenómeno de la anticipación, observado primero por los genetistas clínicos y negado por los genetistas moleculares hasta que se conocieron las mutaciones por re- petición de los tripletes. No se conoce la razón de que sólo el 50 % de las mujeres con mutaciones completas presenten ma- nifestaciones clínicas. Es posible que en ellas exista una lyoni- zación desfavorable (es decir, mayor número de células que Ilevan un cromosoma X con una mutación activa). La base molecular del retraso mental y de otras manifesta- ciones somáticas no está del todo clara, pero parece tener rela- ción con la pérdida de función del gen FMR-1. Como se afir- mó anteriormente, el gen FMR-1 normal tiene hasta 46 repeticiones CGG en su región 5º no traducida. Cuando las re- peticiones de trinucleótidos del gen FMR-1 superan aproxi- madamente la cifra de 230, se produce una metilación anor- mal del DNA de toda la región 5º del gen. Esta metilación se extiende también hacia arriba, hasta la región promotora del gen, donde inhibe la transcripción del FMR-1. La consiguiente ausencia de la proteína del FMR se supone que es la causa de los cambios fenotípicos. Esta hipótesis se apoya en la observa- ción de que los ratones con inactivación del gen FMR-1 mues- tran ciertas manifestaciones del síndrome del cromosoma X frágil, como testículos grandes y déficit de aprendizaje >. Está plenamente confirmada la importancia etiológica del gen FMR-] en el síndrome del cromosoma X frágil, pero se desco- noce la función que desempeiia la proteína codificada por di- 190 E Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS Secuencia que se repite Enfermedad Transmisión Proteína afectada Expansiones que afectan a regiones no codificadoras cao Síndrome del cromosoma X frágil XD FMR-I crTG Distrofia miotónica AD Proteína cinasa de la miotonina GAA Ataxia de Friedreich AR Frataxina GC rica en 12 mer Epilepsia mioclónica progresiva AR Cistastatina B Expansiones que afectan a regiones codificadoras CAG Atrofia muscular bulboespinal XR Receptor de andrógenos (enfermedad de Kennedy) CAG Enfermedad de Huntington AD Huntingtina CAG Ataxia espinocerebelosa (tipo 1) AD Ataxina E CAG Atrofia dentorrubropalidolusiana AD Atrofina cho gen. Es una proteína citoplásmica ampliamente expresada E en los tejidos normales, pero los niveles más altos de los pro- ductos transcritos por el gen FMR-1 son los que se encuentran en el cerebro y los testículos, sugiriendo que tales productos pueden desempeiiar un papel importante en esos tejidos. Hasta hace poco tiempo, los estudios citogenéticos eran el único método de laboratorio capaz de demostrar el cromoso- ma X frágil (véase Fig. 6-29). Pero actualmente, el método diagnóstico de elección es la reacción en cadena de la polime- rasa. Con el análisis de transferencia de Southern se puede distinguir entre premutaciones y mutaciones tanto en el perío- do prenatal como en el postnatal. De ahí que esta técnica sea = valiosa no sólo para hacer el diagnóstico, sino también para el consejo genético. Más adelante se describen estas técnicas. OTRAS ENFERMEDADES CON REPETICIONES INESTABLES DE NUCLEÓTIDOS El descubrimiento, en 1991, de las repeticiones crecientes de tres nucleótidos como causa del síndrome del cromosoma X frágil fue todo un hito de la genética humana. Desde entonces, se ha adscrito el origen de 12 enfermedades humanas por lo menos (Tabla 6-8) a una mutación de ese tipo”, y ese número sigue aumentando. Todos los procesos descubiertos hasta la m fecha se asocian a lesiones neurodegenerativas ”, Estas enfer- medades cumplen los principios generales siguientes: Promotor UTR Intrón 5 Expansiones Secuencias 12 mer Triplete Triplete ccccaecccaca coa GAA Enfermedad Epilepsia Sindrome del Ataxia de mioclónica cromosoma X frágil Friedreich Figura 6-32 Las mutaciones responsables se acompafian de la amplia- ción de un grupo de nucleótidos. Al principio, se pensó que las secuencias de nucleótidos afectadas eran tripletes y que compartían los nucleótidos G y C. Esto es cierto para la mayorfa de los procesos de este tipo (Tabla 6-8), pero exis- ten excepciones, Así, en la ataxia de Friedreich, la secuen- cia afectada es GAA; en la epilepsia mioclónica progresiva, la ampliación alcanza incluso a 12 pares de bases en lugar de los 3 habituales (Fig. 6-32). Por tanto, estos procesos ya no se pueden Ilamar siempre «trastornos por repetición de tres nucleótidos». Las mutaciones menoscaban siempre la función del gen por expansión de las repeticiones. En general, superado cierto umbral, que varía con los distintos procesos, las ex- pansiones son inestables; así, y como ocurre en el síndrome del cromosoma X frágil, las premutaciones causadas por 50 a 230 repeticiones tienden a expandirse más y a convertirse en mutaciones; éstas, a su vez, dificultan la expresión o la función normal del gen. La tendencia a expandirse depende mucho del sexo del progenitor que transmite el defecto. En el síndrome del cromosoma X frágil, las expansiones se producen durante la ovogénesis, pero en la enfermedad de Huntington, ocurren durante la espermatogénesis. Desde un punto de vista mecanicista, las mutaciones pueden dividirse en dos grupos. El primero lo forman procesos como el síndrome del cromosoma X frágil y la distrofia miotónica, Exón UTR 3 Triplete Triplete CAG crG Enfermedad Distrofia de Huntington miotónica Puntos de expansión y secuencia que resulta afectada en algunas enfermedades causadas por mutaciones debidas a repetición de los nucleótidos. UTR = región no traducida (untranslated region). progenitor de origen en diversas entidades hereditarias, como la enfermedad de Huntington y la distrofia miotónica, y en la cancerogénesis ”. Como se expone en el Capítulo 8, muchos carcinomas aparecen al perderse las dos copias de los llama- dos genes de supresión tumoral. Esto puede suceder por inac- tivación mutacional de ambos alelos o por la pérdida funcio- nal de una de las copias del gen, a través de una imprimación, y por la inactivación de la otra copia, como consecuencia de una mutación. Mosaicismo gonadal Anteriormente se mencionó que, en todos los procesos au- tosómicos dominantes, algunos pacientes no tienen padres afectados. En esos pacientes, el proceso aparece al surgir una nueva mutación en el óvulo o el espermatozoide de los que de- rivan; por eso, no tienen hermanos afectados ni con mayor riesgo de padecer la enfermedad. Esto no siempre es así. En algunos procesos autosómicos dominantes, como la osteogé- nesis imperfecta, los padres fenotípicamente normales tienen más de un hijo afectado. Esto contradice claramente a las le- yes de la herencia mendeliana. Los estudios realizados indican que el mosaicismo gonadal puede ser responsable de esos ex- trafos árboles genealógicos ”. El mosaicismo gonadal se debe a una mutación que se produce después de formarse el cigoto, al comienzo del desarrollo embrionario. Si la mutación afecta únicamente a las células destinadas a formar las gónadas, los gametos Ilevarán la mutación, mientras que las células somáti- cas de ese individuo serán completamente normales. Se dice entonces que esa persona presenta un mosaicismo gonadal o de la tínea de las células germinales. Un padre fenotípica- mente normal que tiene un mosaicismo de la línea de las célu- las germinales puede transmitir la mutación causante de la en- fermedad a la descendencia a través del gameto mutante. Como las células progenitoras de los gametos Ilevan la muta- ción, existe realmente la posibilidad de que ese padre tenga más de un hijo afectado. Evidentemente, la probabilidad de que eso ocurra depende del porcentaje de células germinales que son portadoras de la mutación. DIAGNÓSTICO MOLECULAR La aplicación a la medicina de las técnicas del DNA recom- binante ha alcanzado su mayoría de edad. Gracias al rápido traslado de las técnicas desde «el laboratorio a la cabecera del paciente», se sabe ahora que las sondas de DNA pueden ser unos valiosos instrumentos para diagnosticar las enfermeda- des humanas, tanto genéticas como adquiridas *, Las técnicas del diagnóstico molecular pueden aplicarse prácticamente a todos los campos de la medicina, como los siguientes: E Identificar las mutaciones heredadas que inducen el desa- rrollo de las enfermedades genéticas antes o después del nacimiento. E Detectar las mutaciones adquiridas que provocan la apari- ción de neoplasias. E Diagnosticar con seguridad y clasificar las neoplasias, espe- cialmente las que se originan en el sistema hematopoyético. Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS E 193 E Diagnosticar las enfermedades infecciosas, incluida la en- fermedad causada por el virus de la inmunodeficiencia hu- mana (VIH). E Determinar la compatibilidade identidad de los trasplantes, pruebas de paternidad y otras aplicaciones en el área de la medicina forense. En la siguiente sección, se revisan brevemente las aplica- ciones diagnósticas de las técnicas moleculares en tanto se re- lacionan con los procesos hereditarios. DIAGNÓSTICO DE LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS Para diagnosticar las enfermedades genéticas es necesario examinar el material genético (es decir, los cromosomas y los genes). Por eso, se emplean dos métodos generales: el análisis citogenético y el análisis molecular. Para el análisis citogené- tico es necesario disponer del cariotipo. El análisis cromosómico prenatal debería ofrecerse a todas las pacientes expuestas a tener una descendencia citogenética- mente anormal. Se puede realizar con células obtenidas por amniocentesis, o mediante una biopsia de las vellosidades ca- riónicas, o sobre una muestra de sangre del cordón umbilical. Conviene tener presente: E La edad avanzada de la madre (> 34 afios), por el mayor riesgo de trisomías. E Si uno de los progenitores es portador de una translocación recíproca equilibrada, una translocación robertsoniana o una inversión (porque en estos casos, los gametos pueden estar desequilibrados y, por tanto, la descendencia puede estar expuesta a padecer un trastorno cromosómico). E Sia pareja ha tenido anteriormente un hijo con una altera- ción cromosómica. E Si uno de los padres es portador de un trastorno hereditario ligado al cromosoma X (para determinar el sexo del feto). El análisis cromosómico posnatal suele realizarse en los linfocitos de la sangre periférica. Los siguientes datos deben tenerse en cuenta: E Malformaciones congénitas múltiples. E Retraso mental o del desarrollo inexplicables. E Sospecha de aneuplodía (p. ej., rasgos del síndrome de Down). E Sospecha de un autosoma desequilibrado (p. ej., síndrome de Prader-Willi). E Sospecha de alteración de los cromosomas sexuales (p. ej., síndrome de Turner). E Sospecha del síndrome del cromosoma X frágil. E Esterilidad (para descartar alteraciones de los cromosomas sexuales). E Abortos espontáneos múltiples (para excluir que los padres sean portadores de una translocación equilibrada; debe es- tudiarse a ambos padres). Muchas enfermedades genéticas están causadas por cam- bios sutiles de los genes del individuo que no se pueden detec- tar simplemente por medio del cariotipo. Tradicionalmente, el diagnóstico de los procesos monogénicos se basaba en identi- 194 E Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS ficar los productos del gen anormal (p. ej., la hemoglobina o las enzimas mutantes) o sus consecuencias clínicas, como la anemia o el retraso mental (p. ej., en la fenilcetonuria). Ac- tualmente se pueden identificar las mutaciones a nivel del DNA y conseguir el diagnóstico genético de algunos procesos mendelianos. El empleo de las técnicas del DNA recombinan- te en el diagnóstico de las enfermedades hereditarias tiene va- rias ventajas evidentes sobre otras técnicas: E Es muy sensible. Bastan 100 000 células para obtener la cantidad de DNA necesaria para realizar el diagnóstico con las técnicas de hibridación molecular. Además, usando la técnica de la PCR, se puede amplificar el DNA o el RNA varios millones de veces, en cuyo caso bastan 100 células o 1 célula solamente para el análisis. Con minúsculas canti- dades de sangre total, o incluso con sangre desecada, se puede obtener suficiente DNA para realizar la amplifica- ción mediante la PCR. E Las pruebas basadas en el DNA no dependen del producto de un gen que sólo se puede obtener de ciertas células espe- cializadas (p. ej., cerebrales) ni de la expresión de un gen que quizá aparezca a edades avanzadas de la vida. Como prácticamente todas las células corporales de un individuo afectado contienen el mismo DNA, cada célula poscigótica es portadora del gen mutante. Estos dos hechos tienen repercusiones importantes en el diagnóstico prenatal de las enfermedades genéticas, porque para obtener un número suficiente de células bastan unos po- cos mililitros de líquido amniótico o una biopsia de las vello- sidades coriónicas que ahora puede realizarse incluso en el primer trimestre de la gestación. Existen dos métodos distintos para lograr el diagnóstico de las enfermedades monogénicas con la técnica del DNA re- combinante: la identificación directa de las mutaciones y la detección indirecta basada en los ligamientos del gen de la en- fermedad con un «gen marcador» inocuo. Diagnóstico directo del gen McKusick, un eminente genetista, ha dado acertadamente el nombre de biopsia diagnóstica del genoma humano al diag- nóstico del gen. Esta clase de diagnóstico consiste en descu- brir un cambio cualitativo importante en el DNA”. Hay varios métodos para efectuar el diagnóstico directo del gen: E Una técnica se basa en el hecho de que algunas mutaciones alteran o destruyen algunos sitios de restricción del DNA; así ocurre, por ejemplo, con el gen que codifica el factor V. Esta proteína interviene en la cascada de la coagulación (Capítulo 5), y la causa más frecuente de predisposición hereditaria a las trombosis es una mutación'que afecta al gen del factor V. El exón 10 del gen del factor V y el intrón adyacente tienen dos sitios de restricción Mn11. Una muta- ción G > A en el exón destruye uno de los dos sitios Mnl 1 (Fig. 6-35). Para descubrir al gen mutante, se obtienen dos cebadores que se unen a los extremos de cebado 3' y 5º de la secuencia normal. Utilizando unas DNA polimerasas y un ciclado térmico adecuados, el DNA situado entre los ce- badores se amplifica mucho, produciendo millones de co- pias de ese segmento de DNA. Seguidamente se emplea la enzima Mnl1 para digerir el DNA amplificado y el DNA Sitios del Mnt1 —— pps egrpp>je agp, NORMAL amo Cebador de la PCR st E E < Sitio | Mntt E qe Cebador de la PCR Figura 6-35 pm TT 3 67 pb Mutante —Ri 0: E Normal Heterocigoto Diagnóstico directo del gen: identificación de la mutación del factor V de la coagulación por análisis de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La sustitu- ción G > A en un exón destruye uno de los dos sitios de restricción del Mn11. Por tanto, en el análisis de la PCR el alelo mutante produce dos fragmentos en lu- gar de tres. del paciente. Hecho esto, el DNA normal produce 3 frag- mentos (con una longitud de 67, 37 y 163 pares de bases); en cambio, del DNA del paciente sólo se obtienen dos pro- ductos: un fragmento anormal, que tiene 200 pares de ba- ses, y un fragmento normal, con una longitud de 67 pares de bases. Estos fragmentos del DNA pueden redisolverse fácilmente mediante electroforesis en gel de poliacrilamida y volverse visibles, después de tefiirlos con bromuro de eti- dio, a la luz ultravioleta. E La hibridación de los oligonucleótidos específicos de cier- tos alelos es otra técnica de diagnóstico directo del gen, que se utiliza cuando la mutación no altera los sitios de corte de cualquiera de las enzimas de restricción que se conocen. Un ejemplo muy ilustrativo es el déficit de 04-AT, que en muchos casos se asocia a un solo cambio G > A en el exón 5 del gen de la 04-AT, y que produce el Hlamado alelo Z, (Capítulo 16). En primer lugar, se amplifican el DNA de control y el DNA del paciente, utilizando cebadores situa- dos a los lados del sitio de la mutación (Fig. 6-36). Cada muestra de DNA amplificado se aplica dos veces, forman- do una mancha (de ahí el nombre de «transferencia de manchas») sobre un papel de filtro. Entonces se sintetizan, y se marcan con un isótopo radiactivo, dos oligonucleóti- dos que tienen en el centro la única base en que se distin- guen el gen normal y el gen mutante. Después, se deja que estos oligonucleótidos aleloespecíficos se hibriden con el DNA de las manchas del control y del paciente (Fig. 6-36). Capítulo 6 TRASTORNOS GENÉIICOS E 195 El oligonucleótido que contiene la secuencia del gen nor- mal se hibrida tanto con el DNA normal como con el DNA mutante, pero esta última hibridación es inestable debido a la desigualdad causada por un solo par de bases. Por tanto, y en condiciones estrictas de hibridación, la sonda marcada normal produce una fuerte sefial autorradiográfica del DNA amplificado en el individuo normal, ninguna sefial del DNA amplificado cuando el paciente es homocigoto para el gen mutante, y una ligera sefial del DNA en el suje- to heterocigoto. En la sonda que contiene la secuencia mu- tante, el resultado de la hibridación es el inverso. Por su- puesto, los heterocigotos reaccionan con las dos sondas porque son portadores de un gen normal y un gen mutante. La mutaciones que alteran la longitud del DNA (p. ej., dele- ciones o expansiones) se pueden detectar también mediante un análisis de la PCR. Como se expuso anteriormente, algu- nas enfermedades, como el síndrome del cromosoma X frá- gil, se asocian a repeticiones de tres nucleótidos. En la Figu- ra 6-37 se observa la manera de utilizar el análisis de la PCR para descubrir esta mutación. Para amplificar las secuencias intermedias se utilizan dos cebadores que flanquean la re- gión afectada por los tres nucleótidos repetidos. Como el número de repeticiones varía mucho, tambien lo hace el ta- maio de los productos que la PCR obtiene del DNA de los indivíduos normales o de los que tienen premutaciones. Esas diferencias de tamafio se descubren por la migración distinta de los productos del DNA amplificado cuando se HIBRIDACIÓN Sonda del ACCATCGACGACARAGIGA a e intensa €— GURIA BIBI Se roms => Figura 6-36 = Diagnóstico directo del gen con la PCR y una sonda de oligonucleótidos específica del ale- o. 4, Un cambio G > A convierte al alelo Débil Sonda del oligonucleótido Z ACCATCGACAACAAAGGGA o Intensa eo normal de la ox-antitripsina (ateto M) em un fIWINIRIRI RIAA Sen mutante alelo mutante (Z). Dos sondas de oligonu- cleótidos sintéticos, una cuya secuencia co- responde a la del alelo normal (sonda M) y our ques corresponde tom el alelo mutinios 0) NAZI IA NIDIN (sonda Z), se alinean frente a los genes nor- mal y mutante, apareciendo a la derecha los patrones de hidridación previsibles; las fle- chas indican los cebadores utilizados para amplificar el DNA normal y mutante. B, Los productos de la PCR de los individuos nor- males, de los heterocigotos para el alelo Z y de los homocigotos para el alelo Z, se aplican por duplicado a un papel de filtro, y cada una de las manchas se hibrida con las sondas M o Z marcadas con un isótopo. Una mancha os- cura indica que la sonda se ha unido al DNA. e Cebadores Sonda normal 198 E Copítulo 6 TRASTORNOS GENÉTICOS 2. Los familiares clave deben ser heterocigotos para el poli- morfismo (es decir, los dos cromosomas homólogos han de poder distinguirse por el sitio polimórfico). Como sólo puede haber dos variaciones del sitio de restricción (es de- cir, existencia o ausencia del sitio de restricción), ésta es una limitación importante de los RFLP. Los polimorfismos de microsatélites tienen muchos alelos y, por tanto, muchas más posibilidades de ser heterocigóticos. Por eso, estos po- limorfismos son mucho más útiles que los del sitio de res- tricción. 3. El intercambio normal de material genético entre los cromo- somas homólogos (recombinación) durante la gametogénesis puede causar una «separación» entre el gen mutante y el tipo de polimorfismo con el cual se habfa coheredado anterior- mente. Esto puede dar lugar a una predicción genética erró- nea en un embarazo ulterior. Evidentemente, cuanto más pró ximo está el ligamiento, menor es el grado de recombinación y más pequeiio es el riesgo de obtener un resultado falso de la prueba. El diagnóstico molecular conseguido mediante el análisis de los ligamientos ha sido útil en el diagnóstico prenatal o pre- sintomático de afecciones tales como la enfermedad de Hun- tington, la fibrosis quística y la poliquistosis renal del adulto. En general, cuando se identifica y se clona el gen de una en- fermedad, el diagnóstico directo a través del gen es el método de elección. Si la enfermedad se debe a varias mutaciones di- ferentes de un determinado gen (p. ej., de la fibrilina 1; véase anteriormente), el diagnóstico directo del gen no es posible, y entonces, el análisis de los ligamientos sigue siendo el mejor método, REFERENCIAS 1. Rimoin DL, et al: Nature and frequency of genetic disease. In Rimoin DL, et al (eds): Emery and Rimoin's Principles and Practice of Medical Genetics, 3rd ed. New York, Churchill Livingstone, 1997, p 32. 2. Lander ES: The new genomics—global views of biology. Science 274: 536, 1996. . Shuldiner AR: Transgenic animals. N Engl J Med 334:653, 1996. . 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