En un artículo publicado online el 15 de marzo en el American Journal of Human Genetics, una de las más respetadas revistas del área de genética, el investigador Luiz Fernando Onuchic, de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (USP), con la colaboración con 17 colegas de Estados Unidos y Europa, identifica y describe con riqueza de detalles un gen que, cuando es sufre mutaciones en sus dos copias, desencadena una severa y rara enfermedad hereditaria, principalmente en recién nacidos y niños: la enfermedad renal poliquística autosómica recesiva.
Se trata del gen PKHD1 (sigla en inglés de Polycystic Kidney and Hepatic Disease 1), un enorme y complejo gen ubicado en el cromosoma 6, que produce un probable conjunto de proteínas hasta ahora desconocidas, bautizado por los autores de este estudio como poliductina. “Este gen está implicado en todas las formas típicas de la enfermedad”, dice Onuchic, cuyo nombre aparece al frente de los demás investigadores por haber sido el principal responsable por el descubrimiento del gen. “Encontramos diferentes mutaciones en este gen que pueden ocasionar la enfermedad.”
Además del científico de la USP, cuyos estudios son financiados por la FAPESP, el grupo que participó en el trabajo – en realidad fue un consorcio internacional – incluye a investigadores de cuatro universidades de Estados Unidos (Johns Hopkins, Yale, de Alabama en Birmingham y Case Western Reserve) y una de la Alemania (Universidad Técnica de Aachen). “La identificación del gen responsable por este problema hereditario es un hito y abre las puertas para el descubrimiento de una cura para la enfermedad”, comenta Gregory Germino, de la Universidad Johns Hopkins, líder del consorcio. “Ahora podemos comenzar a desarrollar un test de ADN que probablemente podrá usarse para identificar potenciales portadores (del gene mutado) o individuos afectados”. Este mes, el estudio del grupo – que ya presentó en Estados Unidos el pedido de patente del nuevo gen y de las proteínas que éste produce – sale en la edición impresa del American Journal of Human Genetics.
Siguiendo una tendencia dominante en los grandes periódicos científicos, que compiten por los mejores trabajos de los investigadores, el artículo de Onuchic y sus colegas fue publicado electrónicamente con antelación por la revista estadounidense debido a su alto impacto, por representar un hallazgo muy importante. Y también porque un grupo de investigadores competidores de la Clínica Mayo de Estados Unidos, había publicado inicialmente también online el 4 de febrero un artículo dando cuenta igualmente del descubrimiento del PKHD1 en la revista británica Nature Genetics.
Pero hay un detalle que debe quedar claro en esta historia: el grupo del cual el brasileño forma parte sometió su artículo a la apreciación del American Journal el día 1º de febrero, antes de que Nature Genetics publicara electrónicamente el estudio de los científicos de la Clínica Mayo. En la práctica, ambos equipos, que trabajaron de manera independiente, con diferentes estrategias, llegaron simultáneamente al mismo resultado. “La comunidad científica entiende las particularidades de la ciencia competitiva y está dividiendo el crédito de este descubrimiento entre ambos grupos”, afirma Onuchic.
La existencia de la enfermedad renal poliquística autosómica recesiva, que afecta a los riñones y al tracto biliar, es ignorada por la mayoría de las personas debido a su baja incidencia sobre la población. Conocida en inglés con la sigla ARPKD, esta enfermedad acomete a uno de cada 20 mil nacidos vivos. En un país como Brasil, en el cual dejan la sala de parto con vida anualmente alrededor de 3 millones de bebés, esto equivale a decir que 150 nuevos casos de la enfermedad son esperados cada 12 meses. Hasta en la mitad de los casos, los niños que nacen afectados por la ARPKD mueren después del parto. Y hasta un 20% de los portadores de esa dolencia no llega a los 5 años de edad. No existe ningún tratamiento específico que impida o controle el desarrollo de la enfermedad.
Riñones dilatados
Los riñones de los niños que al nacer presentan la forma severa de la enfermedad aparecen con un mayor tamaño, con un peso hasta diez veces mayor que lo normal y dilataciones quísticas en los túbulos colectores, segmentos de las estructuras funcionales de este órgano. “En un niño de 2 años de edad con la enfermedad, al cual se le hizo un seguimiento en nuestro hospital, los riñones alcanzaron un largo de alrededor de 15 centímetros, mientras que lo normal sería en torno a 6 centímetros”, comenta Onuchic. Los enfermos que sobreviven al período inicial de vida tienen una evolución clínica variable.
Entre las principales causas de deterioro clínico y muerte en esos pacientes figuran la hipertensión arterial severa, los problemas hepáticos y la progresiva pérdida de la función renal. Aproximadamente la mitad de los afectados pierde completamente la función de los riñones antes de los 10 años de edad. En estos casos, los niños pasan a depender de diálisis o de un transplante de riñón para permanecer vivos. “Como no existe un tratamiento específico para la enfermedad, solamente tratamos las complicaciones y brindamos una terapia de soporte al paciente, para controlar, en la medida de los posible, las manifestaciones de la enfermedad”, comenta el investigador. En el Instituto del Niño del Hospital de Clínicas de São Paulo son seguidos actualmente 25 casos de la enfermedad.
Hasta que se produjo el descubrimiento delPKHD1, la medicina sabía que la enfermedad era causada por defectos en apenas uno de los alrededor de 30 mil genes presentes en el genoma humano, pero no había logrado precisar cuál de éstos era la causa del problema. Otra característica de la enfermedad que era de dominio público era la que indicaba que la misma, como su propio nombre lo indica, era recesiva. Para desarrollar la enfermedad, un niño debía heredar ambas copias defectuosas del hasta entonces misterioso gen que causaba la ARPKD. Quienes tenían apenas una de las copias del gen con problemas no desarrollaban la enfermedad, aunque pudieran transmitirla a sus hijos si su compañero/a también portara una mutación en ese mismo gen.
Como es sabido, todo ser humano tiene dos copias de cada uno de sus genes localizados en los cromosomas no sexuales, una heredada del padre y la otra de la madre. Todo esto ya era conocido por la ciencia desde hace tiempo. No obstante, restaba localizar el gen alterado en la enfermedad, cosa que solamente sucedió ahora.El primer gran avance en la búsqueda de la raíz genética de la ARPKD se produjo en 1994, cuando investigadores alemanes mostraron que el gen implicado en la enfermedad se encontraba en una región del cromosoma 6. Fue un primer avance, empero limitado.
Al fin y al cabo, esta región era un segmento genómico bastante grande, que incluía un número enorme de genes, algunos conocidos, otros no. Al año siguiente, entonados por este primer hallazgo, el grupo liderado por Germino, de la Universidad Johns Hopkins, en donde Onuchic trabajaba en la ocasión, estructuró el consorcio internacional que descifraría la causa genética de la enfermedad, siete años más tarde.
Cerrando el foco
La proeza fue lograda con el auxilio de una estrategia conocida como clonación posicional, un abordaje frecuentemente utilizado para descubrir genes relacionados con enfermedades complejas, cuyo defecto bioquímico primario, que ocasiona el problema clínico, es desconocido. Éste era el caso de la ARPKD. Los investigadores de la Clínica Mayo, con la coordinación de Peter Harris, se valieron de un abordaje diferente para identificar el gen de la enfermedad: encontraron el PKHD1 a partir de un modelo de enfermedad renal poliquística recesiva desarrollado espontáneamente en ratones.
Algunas de las características de este modelo eran semejantes a las de la enfermedad humana. Pero, ¿en qué consiste la clonación posicional? En primer lugar los científicos tienen que descubrir en qué región de un cromosoma se encuentra el gen causante de la enfermedad en cuestión. Esto se logra mediante el empleo de un método denominado análisis de linkage y la reducción progresiva del intervalo de interés. Los investigadores, tanto identifican los genes en laboratorio como buscan en bancos de datos internacionales aquéllos que, debido a su estructura o función, exhiben potencial para albergar mutaciones que puedan causar la enfermedad.
Por último, es necesario mostrar qué mutaciones ocasionan el problema clínico (encontrar mutaciones de ese gen en el ADN de pacientes con la ARPKD). Por lo tanto, con la estrategia de la clonación posicional, el cerco sobre el gen vinculado a una enfermedad se va estrechando hasta que sobran pocos sospechosos. Es un proceso que requiere paciencia y concentración, y puede demorar años. “Es más o menos como intentar descubrir en una población determinada quién cometió un determinado crimen”, compara Onuchic.
En el caso del PKHD1, los estudios anteriores del consorcio indicaban que el gen mutado enlaenfermedad renal poliquística autosómica recesiva se encontraba en una región del cromosoma 6 que se extendía a través de 834 mil pares de base, en donde luego de un minucioso análisis, los científicos llegaron a varias secuencias expresadas sospechosas. Entre éstas, una que los investigadores del consorcio lograron demostrar que era el tan mentado gen asociado a la enfermedad: el PKHD1.
La caracterización de este gen, enorme y complejo, demostró que éste se extendía a lo largo de un segmento genómico de alrededor de 470 mil pares de base y que se expresaba principalmente en el riñón, el órgano más afectado por la enfermedad. “Al comienzo de este proceso no sabíamos si las secuencias expresadas que forman parte de este gen pertenecían a uno o a dos genes”, comenta Onuchic.
Estudios posteriores revelaron que se trataba de un mismo gen. La prueba de que ese gen era el relacionado con la ARPKD la suministró una evidencia producida por Onuchic y sus colegas. Los investigadores buscaron – y hallaron – mutaciones potencialmente patogénicas en el gen PKHD1 perteneciente a 21 cromosomas de pacientes con la enfermedad renal poliquística autosómica recesiva. Estas mutaciones, que fueron detectadas en diferentes partes del gen, no estaban presentes en los 120 cromosomas de personas sanas, el llamado grupo control.
Por añadidura, durante ese cerco al origen molecular de la ARPKD, los investigadores acabaron descubriendo otro gen nuevo, que nunca había sido descrito en la literatura científica y que no guardaba ninguna relación con la enfermedad renal. Denominado ML-1, este nuevo gen parece participar en la respuesta inflamatoria alérgica del asma, un problema de salud bastante frecuente. El relato de su identificación fue publicado en una edición del final del año pasado del Journal of Immunology. El ML-1 es ahora el objetivo de estudios llevados adelante en el sector de inmunología de la Universidad Johns Hopkins.
Al margen de ser el gen causante de esa rara enfermedad que cobra sus víctimas principalmente entre bebés y niños, el PKHD1 también puede ayudar a la ciencia a comprender un poco mejor ciertos mecanismos relacionados con el genoma humano. Existen indicios que dan asidero a la hipótesis de este carácter, por así decirlo, didáctico y revelador del novo gen. El tamaño genómico (el espacio ocupado en el cromosoma) del PKHD1 lo convierte en uno de los mayores genes humanos ya caracterizados, y su transcrito más largo se forma a partir de 67 partes (exones).
Otra peculiaridad del gen es su formidable capacidad para generar diferentes transcritos, mediante un proceso al que los biólogos moleculares denominan splicing alternativo. Estudios posteriores al trabajo de Phillip Sharp (Premio Nobel de 1993), que descubrió los mecanismos básicos de splicing, alteraron la forma de ver a los genes. Hasta entonces, la ciencia postulaba que cada gen contenía instrucciones para que las células produjeran una sola forma de proteína. Un gen, de acuerdo con este precepto, podía procesar y utilizar solamente de una manera su secuencia de bases, que incluye adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Consecuentemente, el resultado de este procesamiento siempre debía ser igual: una estable receta química (denominada técnicamente gen transcrito o simplemente transcrito) que suministra siempre las mismas informaciones a las células que, obviamente, acababan fabricando siempre la misma proteína.
Un gen peculiar
No obstante, hoy endíase sabe que muchos genes humanos son capaces de utilizar sus exones en diferentes combinaciones. En otras palabras: algunos genes pueden generar diferentes productos de splicing, y esto puede llevar a la formación de más de un tipo de proteína, se éstos fueran traducidos. Éste es el caso – y es particularmente intenso – del gen relacionado con la enfermedad en cuestión. “Ya identificamos más de 20 transcritos del gen PKHD1, pero el total puede ser mucho mayor”, comenta Onuchic. “Esta multiplicidad de variantes de splicing es una característica poco común en los genes de los mamíferos.”
En la literatura científica hay registros de hallazgos similares para la familia de genes de las neurexinas. En número de tres, estos genes pueden dar origen, por medio de splicing alternativo, a más de 1.000 formas diferentes de proteínas. El análisis de la estructura de la poliductina sugiere que la proteína codificada por el gen PKHD1 puede funcionar como un receptor (celular), pero deja abierta la posibilidad de actuar como una molécula ligante (que se une a otra proteína) o como una enzima asociada a la membrana. En el caso de la PKHD1, los científicos aún no saben precisar cuántas variantes de la poliductina son producidas por los diversos transcritos codificados por el gen.
Con todo, saben que varios transcritos, si fueran traducidos, llevarán a la síntesis de dos formas de proteína: la poliductina-M y la poliductina-S. Cada forma, a su vez, constituye un grupo con subvariantes de la proteína. Mientras que el grupo de las poliductinas-M incluye a formas de la proteína probablemente asociadas con la membrana plasmática, el de las poliductinas-S incluye a las proteínas que pueden ser secretadas.
Entre todas esas subvariantes de la proteína, la mayor – y probablemente la más importante – es una poliductina-M, formada por 4.074 aminoácidos (las unidades químicas de las proteínas). Pero, ¿por qué ésta es vista con más atención que las otras? Porque esta forma de la poliductina es producida por el único transcrito que sería alterado por todas las mutaciones descritas hasta el momento. En otros términos, los resultados de la investigación sugieren que esta proteína se muestra truncada o defectuosa en todos los enfermos en los cuales ya se han detectado mutaciones en ambas copias del gen.
“No obstante, aún no sabemos si la enfermedad es ocasionada solamente por la reducción por debajo de los niveles críticos de la cantidad de la proteína más larga que lo normal, o si la pérdida de un balanceo funcional entre las diferentes formas de la proteína, resultante de las mutaciones, también participa en la génesis del problema”, comenta Onuchic. Segundo el investigador, la estructura de las mayores proteínas producidas por las neurexinas es similar a la de la poliductina-M.
Uno de los desafíos inmediatos de los investigadores es establecer posibles correlaciones entre los diversos tipos de mutaciones encontrados en el gen y la naturaleza y la severidad de las manifestaciones clínicas de la ARPKD. Otro reto, cuya elucidación será progresiva y lenta, consiste en entender el papel de esta nueva proteína en los individuos sanos, y cómo su alteración lleva a la ARPKD. “Esperamos ser capaces un día de manipular las vías de señalización relacionadas con esta proteína, de manera tal de contornear este desorden genético”, augura Gregory Germino, de la Universidad Johns Hopkins, al expresar el anhelo común del equipo.
EL PROYECTO
Genética Molecular de la Enfermedad Renal Poliquística Autosómica Recesiva Humana
Modalidad
Línea regular de auxilio a la investigación
Coordinador
Luiz Fernando Onuchic – Facultad de Medicina de la USP
Inversión
R$ 272.389,66
