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GENÉTICA

Una mutación, varios defectos

Brasileños descubren el gen responsable del surgimiento de un síndrome extraño que causa malformaciones en la mandíbula y en la laringe

Ilustra 2Ilustraciones Daniel BuenoLa causa genética del síndrome de Richieri-Costa Pereira, una rara enfermedad que provoca anomalías craneofaciales y defectos en la formación de manos y pies, acaba de determinarse. Un grupo internacional de médicos y genetistas, coordinado por Maria Rita Passos-Bueno, del Centro de Investigaciones sobre el Genoma Humano y Células Madre (CEGH-CEL) de la Universidad de São Paulo (USP), identificó en 17 pacientes con ese síndrome un tipo de mutación presente en los dos alelos (copias) del gen EIF4A3, que está localizado en el cromosoma 17. La alteración se caracteriza por el exceso de repeticiones de un tramo del gen donde abundan los nucleótidos C (citosina) y G (guanina), dos de las cuatro bases nitrogenadas que conforman el ADN.

La mutación fue descrita en un artículo científico publicado el 2 de enero en la revista American Journal of Human Genetics (AJHG). Ese mismo día y en la misma revista científica, otro equipo de la USP firmó un segundo trabajo en el que relata el hallazgo de un defecto en un gen del cromosoma 3 responsable de desencadenar una forma poco frecuente de enanismo asociado con problemas en la visión. El CEGH-CEL es uno de los 17 Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) financiados por la FAPESP.

Los investigadores aún no saben de qué modo la mutación afecta el comportamiento del gen, relacionado con el metabolismo del ARN, y provoca la aparición del síndrome. Pero creen que la misma podría inducir la producción de una menor cantidad de proteína asociada al EIF4A3. Dicho gen fue parcialmente desactivado en colonias de un pez modelo para la biología ‒al que se lo conoce como pez cebra (Danio rerio)‒ y los descendientes que heredaron la alteración desarrollaron problemas en la conformación de sus huesos craneofaciales compatibles con la enfermedad humana, una evidencia de que las alteraciones en el EIF4A3 pueden desencadenar ese problema de salud.

El síndrome, descrito en 1992 por el equipo del médico Antonio da Costa Pereira, del Hospital de Rehabilitación de Anomalías Craneofaciales de la USP de Bauru, al cual se lo conoce por el apodo de “Centrinho”, se descubrió en pobladores de la zona de Vale do Paraíba, en el interior paulista. Los 20 pacientes diagnosticados con la enfermedad en el país ‒existe el relato de un caso en el exterior‒ pertenecen a 17 familias de la región. Aunque formalmente no se encuentran emparentadas, las familias descienden probablemente de un ancestro común.

El rasgo más característico del síndrome, que no tiene cura, es la malformación de la mandíbula y de la laringe. Los huesos que normalmente se funden para formar la mandíbula, que presenta un formato en U, no llegan a unirse en los individuos que padecen la enfermedad. “En los casos más graves, los pacientes ni siquiera logran respirar y es necesario practicarles una traqueotomía”, dice Passos-Bueno. Los enfermos presentan dedos curvados o de menor tamaño, pies torcidos y baja estatura. La mitad de los afectados por el síndrome también presentan dificultades de comunicación verbal y de aprendizaje.

Antes de la identificación de la nueva alteración genética, los investigadores tan sólo sabían que se trataba de una enfermedad hereditaria autosómica recesiva, cuyo riesgo de transmisión se eleva en los casos de casamientos consanguíneos. Para que se desarrolle el síndrome, los pacientes deben sufrir mutaciones en ambas copias del gen asociado con el problema de salud, uno proveniente del padre y el otro, de la madre. Los individuos que cuentan con tan sólo un gen defectuoso no presentan síntomas clínicos de la enfermedad, pero pueden transmitir la alteración molecular a sus descendientes. Los hijos de las parejas en que tanto el padre como la madre son portadores de la mutación ostentan un 25% de riesgo de ser afectados por el síndrome.

Ilustraciones Daniel BuenoPara hallar la mutación asociada con el síndrome fue necesario un proceso lento y complicado. Hacía años que los investigadores del Centrinho intentaban ubicar en qué parte del material genético podría hallarse la alteración molecular relacionada con la enfermedad. Un alumno del Centrinho incluso pasó un tiempo en Estados Unidos en busca del gen, pero no tuvo éxito. “La mutación tendría un origen antiguo y, probablemente, la región común entre los pacientes afectados sea muy pequeña”, dice Passos-Bueno.

El cerco comenzó a cerrarse luego de que los investigadores utilizaron una gran cantidad de marcadores a lo largo de todo el genoma, unos 500 mil marcadores del tipo SNP (la sigla en inglés por single nucleotide polymorphism, o polimorfismo de un solo nucleótido). Ese término designa a las diversas formas que puede asumir un nucleótido. Con la ayuda de programas de computadora, compararon el material genético de los pacientes entre sí y también con el de los familiares sanos, determinando una región con 122 mil bases en el cromosoma 17. Ese segmento contenía cuatro genes que podrían estar relacionados con la causa de la enfermedad.

La repercusión clínica de los defectos en tres de esos genes ya se conocía: las mutaciones en uno de los genes estaban relacionadas con la psoriasis; en otro, con una forma de glucogenosis (deficiencia en el almacenamiento del glucógeno), y, en un tercero, con la enfermedad respiratoria conocida como discinesia ciliar primaria. Como ninguna de esas condiciones clínicas se asemejaba al síndrome de Richieri-Costa Pereira, la atención se volcó hacia el cuarto gen, el EIF4A3.

La nueva secuenciación de ese gen en los pacientes y la comparación de los resultados con la versión del EIF4A3 hallada en 520 brasileños sin síntomas del síndrome condujeron a la localización de la mutación. La alteración está situada en un pequeño tramo de la secuencia, compuesto por 18 a 20 nucleótidos y con profusión de bases citosina y guanina, que regula el funcionamiento del gen y se denomina región promotora en la jerga de la biología molecular. Los individuos sanos poseen entre 3 y 12 copias de ese segmento del gen. Los enfermos, presentan de 14 a 16 repeticiones de ese tramo.

La confirmación de que la mutación ocasiona la enfermedad se obtuvo mediante un experimento coordinado por la investigadora Nora Calcaterra, de la Universidad Nacional de Rosario, en Argentina, coautora del trabajo y colaboradora de Passos-Bueno en un proyecto financiado a través del acuerdo de cooperación FAPESP-Conicet (el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas de Argentina). En su laboratorio, Calcaterra alteró temporariamente el funcionamiento del gen EIF4A3 en colonias de pez cebra, un pez cada vez más utilizado como modelo biológico para el estudio de enfermedades humanas (lea el reportaje de tapa de la edición nº 209 de Pesquisa FAPESP). “Realizamos un abordaje que conduce a la menor expresión del gen”, informa la investigadora. “Mimetizamos el síndrome disminuyendo la cantidad de ARN mensajero (necesario para producir la proteína asociada con el EIF4A3) transcrito por el gen”.

A continuación, Calcaterra estudió el desarrollo de los linajes genéticamente modificados del pez mediante el empleo de microscopía de luz y registró su morfología general. Los danios cebra alterados presentaron malformaciones en sus cartílagos craneofaciales compatibles con el síndrome registrado en humanos. Para comprobar que las alteraciones eran causadas efectivamente por esa deficiencia, la investigadora inyectó ARN del EIF4A3 en los peces. El procedimiento equivale a restablecer el funcionamiento estándar del gen y posibilitó un normal desarrollo de las colonias de peces cebra.

De esa manera se verificó que la mutación identificada por el centro de la USP en la región promotora del gen EIF4A3 es la principal responsable de provocar el síndrome. La principal, pero no la única. El equipo de Passos-Bueno identificó otro tipo de mutación en ese mismo gen en un paciente que presenta un cuadro clínico más benévolo del síndrome (la mandíbula se constituyó normalmente, pero sufre algunos problemas anatómicos menos graves en las extremidades y en la laringe). Esa segunda alteración genética, también descrita en el artículo científico, es de una naturaleza distinta a la anterior, pero parece ser suficiente como para desencadenar formas más leves de la enfermedad. Su descubrimiento refuerza la idea que sostiene que el funcionamiento del gen EIF4A3 resulta clave para el desarrollo del extraño síndrome.

Pequeño y con escasa visión
Un defecto genético provoca una forma de enanismo asociada con problemas progresivos en la retina

El gen causante de una forma muy rara de enanismo asociado con la pérdida progresiva de la vista, denominado displasia espondilometafisarias con distrofia de conos y bastones fue descubierto por investigadores de la USP. Luego de secuenciar todos los segmentos del genoma responsables de la codificación de las proteínas en cuatro pacientes brasileños provenientes de dos familias, el equipo coordinado por la genetista Débora Bertola, del CEGH-CEL y también médica del Instituto del Niño en el Hospital de Clínicas, descubrió dos mutaciones en el gen PCYT1A, localizado en el cromosoma 3. Los resultados del trabajo se publicaron el día 2 de enero en la revista científica American Journal of Human Genetics (AJHG).

Radiografías de la columna vertebral, pelvis, piernas, brazos, antebrazos y manos: huesos cortos y curvados y articulaciones prominentes

Yamamoto et al. AJHG, 2014 Radiografías de la columna vertebral, pelvis, piernas, brazos, antebrazos y manos: huesos cortos y curvados y articulaciones prominentesYamamoto et al. AJHG, 2014

El mismo día, un grupo de la prestigiosa Universidad Johns Hopkins, de Estados Unidos, rubricó otro artículo en la publicación en el que igualmente relata la identificación de otras mutaciones en el gen PCYT1A, capaces también de provocar ese tipo de displasia. Los investigadores estadounidenses utilizaron la misma técnica de secuenciación que emplearon los brasileños y analizaron el material genético de tres pacientes oriundos de diferentes países. “Ambos trabajos se realizaron en forma independiente y concomitante. Son equivalentes”, pondera Bertola. “Estamos orgullosos. Nuestro grupo utilizó la misma tecnología de punta y arribó a similares resultados tan rápidamente como uno de los más afamados centros de estudios de enfermedades genéticas de Estados Unidos”.

Por el momento hay menos de 20 casos de la enfermedad en todo el mundo descritos en la literatura científica. Para que dicha displasia se manifieste clínicamente, es necesario que el individuo padezca mutaciones en los dos alelos (copias) del gen PCYT1A. Algunos de los afectados no sobrepasan el metro de estatura en su edad adulta. El enanismo sobreviene por alteraciones óseas en la columna y en los miembros inferiores, que se encuentran muy curvados. Los pacientes incluso presentan alteraciones en las células de la retina (los conos y bastones aludidos en la denominación de la enfermedad) que van minando progresivamente su visión. No existe un tratamiento efectivo para detener el avance de la enfermedad. Tan sólo pueden practicarse cirugías ortopédicas correctivas en forma meramente paliativa.

Fue una sorpresa que el gen PCYT1A, que nunca había sido asociado con ninguna enfermedad genética, fuera el blanco de las mutaciones implicadas en esa displasia. “En un primer momento resultó difícil asociarlo directamente con el problema óseo y de retina, puesto que no existía ninguna descripción previa que lo involucrara con enfermedades humanas del metabolismo óseo o de la formación de la retina”, explica Guilherme Yamamoto, primer autor del estudio brasileño. El gen codifica una enzima que actúa en una vía metabólica de la formación de la fosfatidilcolina, un fosfolípido importante para el desarrollo de las membranas celulares. “Nuestro trabajo solamente muestra que el gen es el responsable de la enfermedad. Todavía resta demostrar en qué forma eso sucede”, afirma Bertola. “Para determinar el real mecanismo de causalidad, deberán realizarse estudios acerca de cómo funciona esa proteína”.

Proyectos
1. Investigation of the role of oxidative stress ND the CNBP protein in treacle-deficient mesenchymal stem-cells and in zebrafish models (FAPESP-Conicet) (nº 2010/ 52446-4); Modalidad Línea Regular de Ayuda al Proyecto de Investigación; Investigadora responsable Maria Rita Passos-Bueno – USP; Inversión R$ 12.708,67 (FAPESP).
2. CEGH-CEL – Centro de Estudios del Genoma Humano y de Células Madre (nº 13/ 08028-1); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión – Cepid; Investigadora responsable Mayana Zatz – USP; Inversión R$ 2.266.005,51 y US$ 940 mil por año para todo el Cepid (FAPESP).

Artículo científico
FAVARO, F.P. et al. A noncoding expansion in EIF4A3 causes Richieri-Costa-Pereira syndrome, a craniofacial disorder associated with limb defects. American Journal of Human Genetics. v. 94, n. 1, p. 120-8. 2 ene. 2014.
YAMAMOTO, G.L. et al. Mutations in PCYT1A Cause spondylometaphyseal dysplasia with cone-rod dystrophy. American Journal of Human Genetics. v. 94, n. 1, p. 113-9. 2 ene. 2014.

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