Genética Médica e Introducción a la Farmacología

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Primera Edición Editor

Herman Figueroa Vargas Autores Rodrigo Barra Alexies Dagnino Herman Figueroa Rodrigo Sandoval Luisella Yori

ISBN: 978-956-351-099-7. Inscripción Registro Propiedad Intelectual N° 218.628. Editor: Herman Figueroa Vargas. © Derechos Reservados. Primera Edición: Julio 2012. Diseño y diagramación: Jaime Felipe Barraza. Imagen portada: Gernot Krautberger. © Fotolia.com Impreso en Chile por: Imprenta Gráfika, La Serena.

Financiado por Proyecto de Desarrollo Institucional del Ministerio de Educación n° 10107120, y Universidad Católica del Norte, Coquimbo, Chile

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Primera Edición Editor

Herman Figueroa Vargas Autores Rodrigo Barra Alexies Dagnino Herman Figueroa Rodrigo Sandoval Luisella Yori

Índice de Capítulos

Prólogo a la Primera Edición .....................................................................................

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Capítulo 1. Genética aplicada a la Medicina ............................................................. Gabriela González, Paulina Olivares, Javiera Toledo, Rodrigo Barra

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Capítulo 3. Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano ............................ Nicolás López, Catalina Monti, Rodrigo Barra

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Capítulo 2. Tamaño, estructura y organización del genoma humano .................... Gabriela González, Makarena Villalobos, Rodrigo Barra

19

Capítulo 4. Mutación Fuente de variación del material genético y de enfermedad Ignacio Martínez, Camila Jure, Rodrigo Barra

37

Capítulo 5. Genética Mendeliana I .............................................................................. Natalie Zúñiga, Jaime Barraza, Rodrigo Barra

Capítulo 6. Genética Mendeliana II ............................................................................. Luisella Yori, Jaime Barraza, Rodrigo Barra

Capítulo 7. Herencia no tradicional ............................................................................ Tamara Araya, Paulina Olivares, Javiera Toledo, Rodrigo Barra

Capítulo 8. Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo ..... Roberto Villarroel, Paulina Olivares, Javiera Toledo, Rodrigo Barra

Capitulo 9. Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial ............. Marta Tapia, Paulina Olivares, Rodrigo Barra

Capítulo 10. Ligamiento génico y mapas génicos .................................................... Alicia Tapia, Paulina Olivares, Rodrigo Barra

Capítulo 11. Proyecto Genoma Humano (PGH) ........................................................ Gabriela González, Javiera Toledo, Diego Alvarado, Giuliano Bernal

Capítulo 12. Análisis Genético Humano .................................................................... Ignacio Martínez, Claudia Aguilera, Rodrigo Barra

45 59 63 75 87 97 105 113

Capítulo 13. Genética de Poblaciones ....................................................................... Makarena Villalobos, Claudia Aguilera, Rodrigo Barra

Capítulo 14. Anomalías Congénitas ........................................................................... Natalie Zúñiga, Claudia Aguilera, Rodrigo Barra

Capítulo 15. Terapia Génica ........................................................................................ Nicolás López, Camila Jure, Alexies Dagnino

Capítulo 16. Consejería Genética ............................................................................... Tamara Araya, Makarena Villalobos, Rodrigo Barra

Capítulo 17. Genética Molecular del Cáncer del Colon ............................................ Luisella Yori, Gianfranco Oneto, Giuliano Bernal

Capítulo 18. Introducción a la Farmacología: Historia ............................................. Roberto Villaroel, Makarena Villalobos, Camila Jure, Alexies Dagnino

Capítulo 19. Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología ............. Camila Jure, Makarena Villalobos

Capítulo 20. Farmacocinética ..................................................................................... Marta Tapia, Catalina Monti, Rodrigo Sandoval

Capítulo 21. Fármacodinamia ..................................................................................... Ignacio Martínez, Catalina Monti, Alexies Dagnino

Capítulo 22. Transmisión Noradrenérgica ................................................................. Gabriela González, Gianfranco Oneto, Rodrigo Sandoval

Capítulo 23. Fármacos Colinérgicos y No-Colinérgicos .......................................... Alicia Tapia, Giordano Herrera, Gianfranco Oneto, Rodrigo Sandoval

Capítulo 24. Psicofarmacología .................................................................................. Nicolás López, Javiera Toledo, Alexies Dagnino

Capítulo 25. Farmacología de los Antidepresivos .................................................... Natalie Zúñiga, Javiera Toledo, Alexies Dagnino

Capítulo 26. Farmacogenética y Farmacogenómica ................................................ Paulina Olivares, Herman Figueroa, Rodrigo Sandoval

Capítulo 27. Ejercicios de Genética y Farmacología ................................................ Herman Figueroa, Jaime Barraza, Rodrigo Barra, Alexies Dagnino

123 131 155 165 171 181 193 203 215 223 231 237 243 249 259

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Prólogo a la Primera Edición

l presente texto tiene por objetivo facilitar el aprendizaje de dos áreas fundamentales de la Medicina: la Genética y la Farmacología. No existe ninguna especialidad de la Medicina que no requiera del conocimiento de estas dos ciencias, por lo cual constituyen uno de los primeros estudios en la carrera y que deben ser férreos en el inicio, pero en constante actualización. Invitamos a la lectura de esta primera edición, con una visión crítica y de futuro.

Citando al Maestro de la Psiquiatría Chilena, Dr. Hernán Silva, “el creciente volumen de información hace virtualmente imposible que alguien pueda mantenerse al día en terapia farmacológica, sin embargo, los clínicos deben estar preparados para asimilar los nuevos conocimientos y técnicas, para así poder seleccionar el tratamiento más adecuado con los menores riesgos y efectos adversos”.

Agradecemos por su apoyo y docencia a los Doctores Rodrigo Barra, Alexies Dagnino y Rodrigo Sandoval; al Departamento de Ciencias Biomédica de la Facultad de Medicina, al Departamento de Asuntos Estudiantiles de la Universidad Católica del Norte, al Ministerio de Edu cación por el financiamiento otorgado mediante el Proyecto FDI 2011 n° 10107120. Apreciamos el apoyo de Imprenta Grafika, y finalmente reconocemos el valor de cada uno de los autores de los capítulos que dan vida a este libro. Herman Figueroa Vargas Editor General

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología

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CAPITULO

Genética aplicada a la Medicina

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a genética es la ciencia que estudia la herencia de los organismos, es la ciencia de la diversidad. Tiene como objeto de estudio las diferencias entre los individuos, determinadas por las variaciones en el material genético, el cual nos diferencia a cada uno de nosotros en menos del 0,1%. La genética médica es la rama de la Medicina que estudia el componente hereditario de las enfermedades y más. Hoy en día es mucho más que el mero componente hereditario. ¿Son importantes las enfermedades genéticas?

En la actualidad el 7% de la población en el mundo está afectada por alguna enfermedad de origen genético y muchas de las actividades diarias de las personas que las poseen se ven afectadas por su enfermedad. Abarcan a todas las edades de la vida. • 50 % de los abortos espontáneos presentan anomalías cromosómicas. • 6% de los mortinatos presentan anomalías cromosómicas. • 2 a 3% de los RN tienen una malformación mayor. • 7,6 millones de niños afectados cada año. • 90% en países no desarrollados. • En países desarrollados son la segunda causa de mortalidad neonatal e infantil. • Prevalencia al nacer 25 a 60 por 1000 nacidos vivos. • Importante causa de hospitalización y alto costo económico.

Anomalías Congénitas • Mortalidad fetal tardía 4,1 ‰ (10 % AMC): Fallecen 7 días después de nacer. • Mortalidad Neonatal precoz 4,5 ‰ (40 % AMC): Fallecen dentro de los 2 primeros días. • Mortalidad perinatal 8,6 ‰ (25% AMC): Fallecen dentro del 1° mes. • 1% de todas las enfermedades malignas: Básicamente cáncer (Ca) de carácter hereditario. • 10% de los cánceres comunes, ej. mama, colon, ovario, etc. (gran componente hereditario). • 60% de las enfermedades del adulto ej. Hipertensión arterial, Diabetes Mellitus, esquizofrenia, depresión, asma, epilepsia, migraña, etc. • 5% prevalencia a los 25 años.

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La Genética y la Medicina actual El panorama de la genética humana se ha ampliado de una manera considerable, y la aparición de nuevos métodos diagnósticos deben ser conocidos por las nuevas generaciones de médicos. La Genética ve como la interacción del ADN con otras moléculas nos abre un nuevo mundo en perspectivas terapéuticas. Prácticamente no hay especialidad o subespecialidad de la medicina que no se tope con la genética.

Historia de la Genética

La primera explicación que se da el ser humano acerca de cómo apa recen las enfermedades era la causa divina, pero después el hombre se empezó a cuestionar. Los primeros hombres en cuestionar cómo se heredaban las características fueron en Babilonia y Sumeria, los cuales se preguntaban por ejemplo, el origen de la jirafa (Giraffa came- lopardalis), atribuido a la cruza de un camello y un leopardo. Otro ejemplo eran los cíclopes considerados como seres a los que se les dio un ojo para ver el futuro (Holoprosencefalia).

Hipócrates (460-377 A.C.): “Existen ciertas semillas distribuidas por todo el cuerpo que son trasmitidas a los hijos en el momento de la concepción, es por esto que los hijos se parecen a sus padres”

Sócrates (420 A. C.): “Los hijos de los grandes hombres de estado, generalmente son perezosos o buenos para nada”. Sócrates no pensaba que se podían heredar las características.

Aristóteles (323 A.C.): “El semen del macho está formado por ingredientes imperfectamente mezclados, algunos de los cuales provienen de generaciones pasadas”. Introduce el concepto de Dynamis, que corresponde al semen que lleva las características del ser humano, que crece en el fluido menstrual de la mujer, éste último actuando como caldo de cultivo. “Res Sacra Miser”: El miserable es una causa sagrada. La iglesia adopta las ideas aristotélicas como parte del dogma hasta cerca de 1800.

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Capítulo 1 | Genética aplicada a la Medicina

1531 Valencia y 1586 Sevilla, “Historia de prodigiosos y maravillosos sucesos” en donde trata de explicar el origen de las personas con alteraciones en su orientación sexual.

“Si el semen cae en la parte derecha de la matriz, el niño es macho...pero si se juntan allí un semen viril débil y un semen femenino más fuerte, el niño, aunque salga macho será frágil de cuerpo y espíritu. Puede suceder también que de la asociación de un semen viril débil y de otro fuerte nazca un niño dotado de los dos sexos. Si el semen cae en la parte izquierda de la matriz se formará una hembra... Y si prevalece el semen macho, se tratará de una mujer viril y fuerte, y a veces velluda...”.

Ambroise Paré (1593-1674): Des monstres et prodiges 1573. Padre de la cirugía. Hace observaciones de las malformaciones tanto en animales como en niños.

William Harvey: 1630 concluye que los animales y las plantas se reproducen sexualmente, a través de espermios y óvulos. 1651 postula que anomalías como el paladar hendido y las hernias umbilicales podrían explicarse por interrupción repentina del desarrollo.

1652 Nicolaas Tulp (1593-1674): publicó una descripción de una Mola Hidatiforme en sus observaciones médicas.

1665 Hooke: usando un primitivo microscopio estudiótejidos de plantas y animales. Es acá donde surge unanueva era, la microscopía.

1672 Regnerus De Graad: describió los folículos ová ricos. Plantea una idea revolucionaria: la mujer transmi te los caracteres, y los hombres actuaban como una simple llave que activaba este proceso. Decía ver al serhumano completo (Ovarismo).

1677 Antón Von Leewenhoek: describió los espermatozoides. Dentro del espermatozoide hay un ser humano completo, por lo tanto los caracteres eran transmitidos por el hombre.

1694 Hartoeker: publico Essay de diortrique.

Fredererik Ruijsh (1638-1731): crea en 1691 el Musaeum Ruijschiamun Anatomicum, en Ámsterdam, que es el museo más grande de anomalías genéticas en el mundo.

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1752 Maertus Maupertuis: cruzó varios tipos de animales y observó que la primera generación híbrida tenía características de ambos padres. Describió la polidactilia postaxial autosómica dominante, primera enfermedad genética que se publica en una revista científica. 1761 J.G.Kölreuter: realizó experimentos de cruzas con varios tipos de tabaco observando uniformidad fenotípica en la primera generación híbrida independientemente del sexo de sus progenitores.

1779 M. Lort: publica en los reportes de la Royal Society of London “The peculiar inheritance of human color-blindness”.

1794 Erasmus Darwin: publica “Zoonomia on the Laws of Organic Life”.

1799 Thomas Malthus: publica “Essay on the Principle of Population”. Aquí establece que los recursos son limitados y las necesidades humanas son muchas. Aquellos que captan los recursos pueden sobrevivir.

1809 Jean Baptiste Lamark: publica “Philosophie Zoologique”. - Se postula que las especies podrían irse modificando y cambiando para satisfacer sus necesidades. - Principio de la mutación dinámica, por ejemplo, que las jirafas estiraban su cuello para alcanzar las hojas más altas de las copas de los árboles y eventualmente su cuello se alargó.

1809 nace Charles Darwin.

Josep Adams 1814: “A Tratise on Supposed Hereditary Properties of Diseases”. - Reconoció las diferencias entre condiciones autosómicas recesivas y dominantes. - Determinó que no eran favorables los matrimonios entre familiares de primer grado. - Observó que las enfermedades hereditarias pueden expresarse tardíamente en la vida. - Observó que algunas enfermedades hereditarias requieren del ambiente para expresarse. - Observó que enfermedades aparentemente no hereditarias tienen correlación familiar. - Observó que el fitness reproductivo (Capacidad de tener hijos) de las enfermedades hereditarias está disminuido.

1819 nace un bebé, llevando una mutación que cambiaría el curso de la historia tres generaciones más tarde. (Reina Isabel, hijo del Zar con hemofilia).

1832 Geofrfroy St.Hiliare: publica “Historie Génerale et Particulière des Anomalies de L’orgaisation chez L’homme et les Animaux” que fue subtitulado “Traìte de Tératologie” (Estudio de los “monstruos”, actualmente es llamado dismorfología).

1832 Scheiden y Schwann: sugieren que la célula nucleada es la unidad fundamental de la vida. ~12~

Capítulo 1 | Genética aplicada a la Medicina Gerardus Vrolik (1775-1859) Willen Vrolick (1801-1863). - Ampliaron el museo de malformaciones de la Universidad de Amsterdam, llegando a más de 5000 piezas. - 1844, Willen publicó “Tabulae ad Illustranden Embryogenesin Hominis et Mammalium Tan Naturaleum Guam Abnormen” en el cual se ilustran malformaciones como la focomelia, la osteogénesis imperfecta y el Kleeblashädel de la displasia tanatofórica.

1855 Wirchow: hipotetiza que cada célula proviene de otra célula.

1859 Charles Darwin: publica “On the Orige of Species” en donde plantea la evolución y la continuidad en el desarrollo de los seresvivos. Gregor Johann Mendel (1822-1884): “La herencia está basada enfactores individuales para cada rasgo que son independientesentre sí.” 1866. Nace la genética como ciencia. 1900 Correns, Tschermark y DeVries: redescubren las leyes de Mendel.

1906 Willian Batenson: propone el término Genética.

1908 Hardy y Weimberg: nace la genética de poblaciones.

1909 Whiem Johannsen: propone el término gen.

1909 Archibald Garrod: reconoce que entre los individuos hay diferencias bioquímicas que conducen a la enfermedad y que estas tienen una base genética. (Enfermedades con errores innatos del metabolismo, enfermedades donde la mutación de una enzima de una cadena metabólica genera una enfermedad).

1927 F. Griffith: transformación neumocócica.

1944 Avery, MacLeod y McCarty: DNA.

1952 J.Watson y F. Crikc: modelo de la doble hélice.

1956 Tjio y Levan, Ford y Hamerton: establecen el número correcto de cromosomas del ser humano 46XX o 46 XY. Antiguamente se creía que eran 48 cromosomas.

1959 J. Lejeune, M. Gaurtier y R. Tupin: descubren la primera anomalía cromosómica causante del Síndrome de Down, la trisomía del cromosoma 21.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Premios Nobel

Proyecto Genoma Humano.

Secuenciación de todo el genoma. Este proyecto se inició a principios de la década del 90’ y terminó el año 2003.

- 2003 se completa el genoma humano, dando inicio a la medicina genómica. Quizá el mayor aporte de la genética sea su funcionalidad para predecir y prevenir la aparición de la enfermedad. - 2009: Telomerasa y como actúa en el mantenimiento de los cromosomas.

Breve historia de la Genética en Chile

1950 D Brncic, G Hoecker y R. Cortázar primeros genetistas. 1959 Dr. R Cruz-Coke primer medico genetista. 1963 Se estudia genéticamente la población de Rapa Nui, actualmente se disponen de estudios completos en población Mapuche, Yagana, Alacalufe, Aymará y Pehuenche. 1964 Se funda la Sociedad Chilena de Genética. ~14~

Capítulo 1 | Genética aplicada a la Medicina 1967 Se crea el ECLAMC (Estudio Colaborativo Latinoamericano de Malformaciones Congénitas). 1969 se funda la ALAG (Asociación Latinoamericana de Genética). 1981 se realiza en Chile el V congreso de la ALAG. 1990 en Santiago se inicia el PLAGH (Programa Latinoamericano del Genoma Humano). 1991 se funda la Iberoamerican Society of Human Genetics. 1997 se reconoce a la Genética Médica como una especialidad de la medicina por la CONACEM. Genética Médica en Chile

¿Cuál es el impacto real de las enfermedades genéticas en Chile? Chile No cuenta con un registro nacional de enfermedades genéticas.

Mortalidad infantil en Chile por grupo de causas seleccionadas Una vez que en Chile disminuyó la mortalidad por enfermedades respiratorias, gastrointestinales y desnutrición, las enfermedades genéticas empezaron a cobrar importancia a pesar de que estas prácticamente no han aumentado, esto es por 3 razones: 1) No hay más enfermedades, por lo tanto las Enfermedades genéticas empiezan a cobrar importancia. 2) A final de los 70’ se prohíbe el aborto, por lo tanto, todos tienen que nacer. 3) Empezaron a mejorar las unidades de neonatología, por tanto, se mueren menos recién nacidos.

Tabla 1. Comparación de las tasas por ciento de prevalencia de malformaciones congénitas entre el total de Chile y el resto del ECLAMC (ECLAMC sin Chile). Períodos 1982-2000 y 2001-2003. Rev Méd Chile 2007; 135: 198-204.

Gráfico 1. Tasa de mortalidad infantil por malformaciones congénitas y cromosomopatías y de la proporción de la mortalidad infantil, Chile, 1985-2001. Rev Chil Pediatr. 2004; 75(4); 347-354.

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ECLAM (Estudio Colaborativo Latinoamericano de Malformaciones Congénitas) En Chile hay una pequeña tendencia a que nazcan más niños que en el resto del ECLAMC, justamente porque es el único país latinoamericano que no cuenta con abortos y que además

Tabla 2. Frecuencia y letalidad de malformaciones congénitas por sistema afectado. Rev. Chil. Obst. Ginecol 2006; 71 (4) 234-238. MC: Malformación congénita.

las condiciones sanitarias en las últimas décadas han mejorado considerablemente. Mortalidad asociada a anomalías congénitas - Mortalidad fetal tardía 4,1 ‰ (10 % MC). - Mortalidad Neonatal precoz 4,5 ‰ (40 % MC). - Mortalidad perina-

tal 8,6 ‰ (25% MC).

Tabla 3.Mortalidad infantil por malformaciones congénitas y cromosomopatías: 10 comunas con la mayor tasa 2001. Rev Chil Pediatr 75 (4); 347-354, 2004

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Capítulo 1 | Genética aplicada a la Medicina El costo promedio de prestación a recién nacidos con malformaciones congénitas al año 2004, va desde $30.967.180 hasta $160.637.380. Actualmente se realiza a nivel nacional el tamizaje neonatal para dos defectos innatos del metabolismo: 1. La fenilcetonuria 2. El hipotiroidismo congénito. - Cobertura y sensibilidad ≈ 100%. (Sensibilidad es prácticamente el 100%, es decir, no se dan falsos negativos) La pesquisa prenatal de MC se realiza a través de ultrasonido obstétrico. - Cobertura 60%. - Sensibilidad 50%.

La mayoría de las enfermedades genéticas son muy caras y por eso son cubiertas por el AUGE. Enfermedades Genéticas y AUGE • Defectos del cierre del tubo neural. • Cardiopatías congénitas. • Fibrosis Quística. • Leucemia. • Cáncer de Mama. • Epilepsia. • Diabetes. • Cardiopatía coronaria. • HTA.

Genética Médica en Chile 2008 • 19 centros: 13 hospitales públicos, 4 universidades y 2 clínicas privadas. • 28 médicos genetista. (Coquimbo-La Serena, Santiago, Valparaíso, Concepción, Valdivia). • 16 Laboratorios de Citogenética (Antofagasta, Santiago, Valparaíso, Concepción y Valdivia). •30 tecnólogos Médicos. ¿Qué Exámenes se pueden realizar?

Citogenética: 1. Cariograma en sangre. 2. Cariograma en líquido Amniótico. 3. Múltiple FISH. 4. Bandeo Múltiple. 5. Estudio de deleciones subteloméricas.

Estudio molecular: 1. Test de paternidad. 2. Secuenciación del cromosoma Y.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología 3. Enf. Duchenne y Becker. 4. BRCA 1 y 2, ATM. 5. Metilación en Prader Willi y Angelman. 6. X frágil. 7. MTHFR. 8. Acondroplasia e hipocondroplasia. 9. Déficit de 21 hidroxilasa. 10. Fibrosis quística. 11. Hemofilia. 12. MEN 1 y 2. 13. HLA. 14. Alfa- 1- antitripsina. 15. Hemocromátosis. 16. Seguimiento de canceres hematológicos Diagnóstico Citogenético prenatal en Chile (8 centros). • 3 Centros públicos (Hospitales Calvo Mackenna, Sótero del Río y Rancagua). • 2 Hospitales universitarios (U de Chile, U Católica). • 3 Centros Privados (Clínica Alemana, clínica las Condes y Sanatorio Alemán de Concepción). Visión de la OMS sobre las enfermedades genéticas

“Los avances de las últimas dos décadas en el terreno de la genómica han puesto de relieve que la categoría tradicional de enfermedades genéticas abarca sólo las dolencias en que la contribución de los genes es particularmente importante, cuando en realidad puede considerarse que las enfermedades se distribuyen a lo largo de un espectro que refleja la distinta contribución de los genes y el ambiente. Las aplicaciones beneficiosas de la información genómica no acaban de concretarse, pero se prevé que en el futuro la genómica demostrará que encierra grandes posibilidades para la salud pública.” Resolución WHA 57.1.3 Genómica y Salud Mundial El transito del paradigma médico basado en el “diagnóstico y tratamiento” al de la “predicción y prevención” es, probablemente, el mayor logro de la genética médica.

Lectura recomendada Organización Mundial de la Salud. (2005). Control de las enfermedades genéticas. Informe de la OMS. World Health Organization.

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CAPITULO

Tamaño, estructura y organización del genoma humano

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istintas disciplinas intentan responden a la, aparentemente, simple pregunta: ¿qué es un gen? En genética, un gen (cistrón) es un segmento de DNA, especificamente una producción de una cadena polipeptídica; que incluye regiones precediendo y siguiendo la región codificante (líder y retrasada) así como secuencias que intervienen (intrones) entre segmentos codificantes individuales (exones). En bioquímica, un gen corresponde a una definición estructural, en cambio para la genética es algo que vale más por lo que hace, que por lo que es. Un ejemplo de esto, una casa: para la bioquímica, es una estructura de ladrillos, que forman 4 paredes; por otro lado, para la genética, es un lugar que alberga a personas.

Gen (desde genética): “Unidad de material genético que pasa del progenitor a la descendencia, y que puede reconocerse operacionalmente a través de su capacidad para mutar, para recombinarse con otras unidades similares y para funcionar en la dotación del organismo con algún fenotipo particular”

En otras palabras, un gen es heredable, es capaz de cambiar, de adaptarse, recombinarse y participa en el “cómo se ve” (fenotipo). Por lo tanto un gen es: • Unidad funcional de la herencia. • Secuencia lineal de nucleótidos. • Unidad de almacenamiento de información capaz de sufrir replicación, expresión y mutación. • Entidad biológica por la que se transmite un carácter de padres a hijos.

Algunos cuestionamientos que normalmente surgen: ¿Una base puede ser un gen? Por ejemplo una Adenina (A). Para responder la pregunta es necesario ver si cumple los requisitos previamente descritos. ¿Puede ser todo el genoma un gen? Desde el punto de vista genético, Sí. ¿Qué es el Genoma? Conjunto total de los Genes de un organismo

Tipos de genes (genes bioquímicos: cistrones) • Genes transcripcionales (proteínas, RNAs). • Genes Reguladores, son las secuencias reguladoras, Ej. Enhancers, caja TATA, repre sores. • Genes estructurales Ej. Secuencias centroméricas.(“DNA basura”) ~19~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Estructura y organización del Genoma Humano

Características principales del genoma humano:

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Capítulo 2 | Tamaño, estructura y organización del genoma humano Estimación del número de genes • 3,300 Mb considerando la carga mutacional y rangos promedios de mutación estimaron, a principios de 1980, 100.000 genes • A mediados de 1980, se comenzó a secuenciar el genoma, secuencias genómicas, llegando a 70.000 genes • Se descubrieron las Islas CpG, al contarlas se llego 80.000 genes. (Explicadas más adelante) • Análisis de secuencias de expresión blanco (EST), se ven aquellas secuencias que se podrían expresar, cantidad de caja TATA, poliA, entonces se contaron las secuencias de inicio y término (asociación) 65.000 genes • Se secuenció genoma humano (PGH) ya descifrado, 3300Mb, mas todo lo anterior, llegando a 28.000 genes (a 26mil) • Actualmente se han identificado 11,800 genes conocidos (transcripcionales). Reconociendo ubicación, inicio y termino.

Algunos Conceptos:

• Islas CpG: -Regiones del genoma con alta actividad transcripcional y gran densidad génica (como cistrones). -La proporción de CpG es 5 veces mayor a lo esperado. -La C se metila en región 5’- 5 metilcitosina- que se desamina a T. Esto silencia o enciende genes. -Mayor presencia en regiones subteloméricas (al centro está más condensada, por lo que hay menos expresión, se encuentran más apagados). -Cromosomas ricos en Islas CpG, 19 (cromosoma grande) y 22 (cromosoma chico); pobres en Islas CpG 4 y 18.

•Familias Génicas: -Familias génicas clásicas tienen un alto grado de homología (se parecen mucho en su secuencia), se agrupan en regiones cromosómicas cercanas. Ej. Genes de la cadena α de la hemoglobina en el cromosoma 16p y de la β en el 11p (p, petit: brazo corto) o la familia HOX (regulan desarrollo embrionario). -Familias Multigénicas tienen menor grado de homología, pero se relacionan en su fun ción, se distribuyen por todo el genoma, por ej. colágenos, inmunoglobulinas (Ig), re ceptores, etc. Esto ocurre por mucho tiempo de evolución. -Una familia génica se origina cuando un gen se repite, por ej.; cadena α de la Hb, se repitió, con el tiempo mutó y se transformó en β, y dio los distintos subtipos, pero van quedando cerca, con miles de años, ocurre recombinación; logrando “saltar” de cromo soma, y diferenciarse; como el caso del colágeno y las Ig, quienes en un inicio prove nían de un mismo receptor, con proteínas G, que con el paso del tiempo fue cambiando. •Seudogenes: -Secuencias que poseen una gran similitud con genes codificantes, pero que no son funcionales. Son copiadas, pero no correctamente, no expresando proteínas o RNA. ~21~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Genes como cistrón. -Dos tipos según su origen: 1.Convencionales o no procesados son resultado de una duplicación génica, se copia pero faltó un pedazo (sin intrones ni exones), por recombinación, se hace un loop, y la polimerasa lo copia 2 veces. 2.No convencionales o procesados por acción de la transcriptasa reversa (elemento transponible), está la secuencia que se traduce solamente, no tiene intrones, no tiene caja. Cómo sé que se mete el RNAm: Esto ocurre por la transcriptasa reversa. -Fragmentos génicos Similar a un seudogen pero de menor tamaño, sólo un exón o solo un intrón.

•DNA no codificante repetido en tándem: -Un repetido es la unidad de repetición, por ejemplo (ATAAA à 5), 171 bases y se re pite. 1.DNA satélite series de varios Kb de 5-171 pb repetidos, heterocromatina pericentro mérica. Cuando se toma todo el DNA y se realiza un fraccionamiento subcelular, y se hace correr en un gel, el que llega al final àsatélite, es el más pesado que el resto. 2.DNA minisatélite dos familias de secuencias cortas de 6 a 64 pb repetidos la telomérica y la hipervariable. (VNTR) DNA huella digital. Corre menos que el satélite (pero no tan rápido como el DNA corriente). a.6 pb: ubicada en el telómero (que regula que la célula no envejezca) cuando se acaba repetidos, apoptosis b.64pb:hipervariable: no se sabe para qué sirve, pero se usa para la huella digit al, exámen de paternidad. 3.DNA microsatélite bloques pequeños de 150 pb como máximo, de secuencias de 1 a 4 pb. (STR). Se encuentran asociado a genes, no se sabe para qué es, pero se cree que regulan la expresión de un gen. Cantidad de repetidos entre la región promotora de un gen determina la presencia de un retard (muy lejos: retardo, muy cerca: normal).

Cromosomas

1cromosoma: •4 brazos: 2 cortos= p (petit); 2 largos= q •telómeros (extremos) •centrómero (punto intermedio)

Ideograma=Representación ideal. Cromosoma se bandean para poder distinguirlos y ordenarlos Tipos de Cromosomas: a)Metacéntrico : el largo y el corto son iguales b)Submetacéntrico : uno más largo y otro más corto c)Submetacéntrico con satélite : que tenga satélite d)Acrocéntrico : brazo corto muy chico que todavía se puede ver al microscopio e)Telocéntrico : brazo corto pero que no se ve al microscopio, pero si tiene ~22~

Capítulo 2 | Tamaño, estructura y organización del genoma humano

Lectura recomendada: •“Retardo mental, malformaciones congénitas y aberraciones cromosómicas subteloméricas crípticas” Revista Médica del Uruguay. 2005, 21: 93-106”.

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CAPITULO

Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano

Citogenética: “Es la rama de la genética que estudia a los cromosomas y sus anomalías”.

Funciones del cromosoma metafásico

Son funciones del cromosoma metafásico: -Empacar el material genético para mantener su integridad durante la división celular. -La condensación cromosómica sirve como una fuerza física que separa las cromátidas hermanas posterior a la actividad de la topoisomerasa II de desconcatenación, de las moléculas de DNA duplicadas en la fase S. -Proveer de un sitio tridimensional de cromatina que permita actuar a las CLIPS (chromathid linking proteins) e INCENP (inner centromere proteins), para mantener a las cromátidas hermanas unidas hasta la anafase, así como ensamblar un cinetocoro funcional. -Permitir una adecuada distribución del material genético hacia las células hijas durante la división celular, donde cada una de las células reciba la cantidad exacta de cromosomas. Además, permite el ahorro de energía de la célula ya que es mucho más eficiente el poder separar las cromátidas hermanas al estar condensadas. -La superficie cromosómica sirve como sitio de reconocimiento para la formación de la nueva envoltura nuclear. Cada sector cromosómico de un determinado cromosoma se relaciona con un sector particular de la membrana nuclear, por lo que la distribución de los cromosomas indica la forma en que se ensambla la carioteca. Ejemplo de ésto, son los cromosomas que expresan material que debe salir hacia el citoplasma, los cuales están ampliamente ligados a la existencia de poros nucleares en las cercanías de éstos. De esta manera, al perturbar la arquitectura nuclear, debido a cambios en la cantidad de material genético o en su distribución, se pueden apreciar fallas en la expresión de ciertos genes.

Número de cromosomas

En el ser humano la constitución es diploide, es decir, 22 pares de autosomas y un par sexual, es decir, 46 XX o 46 XY. Los humanos poseemos relativamente pocos cromosomas en comparación con otras especies, por ejemplo los moluscos tienen aproximadamente en 1600o la mosca de la fruta la que posee sólo 3. Otros mamíferos como el mono Tití tienen 46 pares, mientras que el chimpancé y los gorilas poseen 48 pares. ~25~


Observación de los cromosomas En la actualidad existen tres técnicas que nos permiten observar de mejor forma los cromosomas: -El uso de inhibidores del huso acromático como la colchicina o el colcemid. -Empleo de soluciones hipotónicas para producir una destrucción selectiva del citoplasmática y de la membrana nuclear. Se Figura 1. Análisis FISH de un linfocito normal de obtienen cromosomas sin otros materiales. mujer, mostrando una sonda para el gen SCL2. -El desarrollo de técnicas de tinción o BanJ Med Genet 2000;37:e20 deo que permiten teñir en forma diferencial y característica cada cromosoma según las bandas que se formen con la tinción.

Preparación de un cariograma humano El proceso completo de preparación del cariograma puede llegar a durar un mes. Es una de las técnicas de citogenética de mayor uso en Chile. -Primero, se obtiene una muestra de sangre venosa. -Después, se separan los linfocitos, los cuales son ideales para esta técnica. Además, se agrega suero fetal de bobino y antibióticos. -Luego se deja en una estufa durante tres días a una semana. -Se agrega el colchicina o el colcemid para frenar las células en metafase. -Mediante las técnicas de centrifugación e hipotonía selectiva se elimina todo el material que no deseamos. -Finalmente, se obtiene la fotografía, se recortan y ordenan los cromosomas. Bandeo Cromosómico Los cromosomas pueden teñirse de manera homogénea con sólo colocarlos en una solución de Giemsa, pero algunos métodos de tinción (pre-tratamientos), producen patrones de bandeo transversal que son constantes y específicos para cada especie. Las bandas que se generan corresponden a ciertos tipos estructurales dentro de los cromosomas. Tipos de Bandeos -Bandeo G. Es el método más utilizado. Los cromosomas son tratados con Tripsina , lo que desnaturaliza su contenido proteico, y luego se tiñen con Giemsa lo que produce un patrón de bandas claras y oscuras (tabla 1) características de cada cromosoma. (400-600 bandas). Tabla 1: Método Giemsa. Características del patrón.

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Capítulo 3 | Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano Aplicaciones clínicas del bandeo G: -Corroborar alteraciones cromosómicas previstas antes por el cuadro clínico. -Identificar cromosomas o regiones cromosómicas implicadas en rearreglos. -Detectar aberraciones estructurales. -Hacer correlación cariotipo-fenotipo y delinear nuevos síndromes cromosómicos. -Localización y mapeo de genes en cromosomas y bandas específicas. Por ejemplo, cuando un paciente presenta una malformación se realiza un bandeo que permite identificar la pérdida de alguna parte del cromosoma, así los investigadores saben en qué sector se encuentra el gen faltante.

Bandeo de alta resolución (800 bandas): Es una técnica similar al bandeo G, que se realiza en preparaciones anteriores a la metafase, sólo se utiliza para buscar anomalías estructurales.

Bandeo Q (quinacrina): El patrón obtenido es similar al G, pero requiere un microscopio de fluorescencia ultravioleta. Se utiliza en estudio del cromosoma Y (visualización de bandas especiales).

Bandeo R (reverso): Si los cromosomas se calientan antes de teñirlos con Giemsa, se obtiene un patrón invertido de bandas claras y oscuras, del bandeo G. Es un “negativo” del bandeo G ordinario.

Bandeo C: Los cromosomas se preparan con ácido seguido de un álcali antes del bandeo G, tiñéndose más intensamente las regiones con heterocromatina y los centrómeros. Estos estudios son de utilidad en genética de poblaciones. Por ejemplo, al comparar el cromosoma Y de los latinos con los escandinavos, es más pequeño el de los primeros.

Bandas NOR: Se utiliza una técnica de impregnación con plata, para visualizar los organizadores nucleolares .

Nomenclatura de citogenética humana -46 XX: cariotipo femenino normal. -47 XXY: cariotipo con un X adicional -47 XX, +21 cariotipo femenino con un cromosoma 21 adicional. -13q.14.2: cromosoma 13, brazo largo, región 1 banda 4, sub-banda 2.

Alteraciones cromosómicas Las aberraciones numéricas se producen por una no separación de los cromosomas en la división meiótica, entregando un par completo de cromosomas. Además puede ocurrir que algún espermio u óvulo se pueda quedar sin algún cromosoma.

Numéricas: -Aneuploidías: Alteración en el número de cromosomas, debido a un cromosoma extra o ausente, (monosomía, trisomía, etc). -Poliploidías: Consiste en la existencia de más de dos juegos cromosómicos, creando individuos u organismos poliploides (triploidía, tetraploidía). ~27~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Síndrome de Turner (45, XO) Patología más común en el SH, afecta a 1 cada 500 mujeres. Fue descubierta antes de la II Guerra Mundial. Corresponde a una mujer con 45 cromosomas y una sola X La mayoría de ellas mueren por abortos espontáneos. Las pacientes con síndrome de Turner presentan: cuello inflamado en la parte posterior durante el periodo fetal (edema-retronucal), lo que dificulta el drenaje linfático pudiendo provocar la muerte por edemas múltiples. Aquellos que sobreviven presentan pterigium coli (pliegue cutáneo lateral a manera de aleta). Además las pacientes son bajas (1.40 m como máximo) e infértiles, debido a hipogonadismo loque impide la producción de los carácteres sexuales secundarios. Este último es el métodomás simple que permite identificar a las mujeres con síndrome de Turner. Debido al hipogonadismo también poseen déficits en algunas áreas del conocimiento que están mejor desarrolladas en las mujeres, tal como la empatía.

Síndrome de Down (47, +21) Corresponde a la trisomía del par 21 descrita en el siglo XIX por el profesor Down. Es la alteración cromosómica más frecuente en el ser humano, su incidencia es de 1/680 RNV. El diagnóstico de S. de Down es fenotípico, los neonatos con esta condición son hipotónicos, hiperlaxos y con piel marmórea; presentan microcefalia leve, occipucio plano, fontanelas amplias y cabello fino; su fascie es redonda, plana, con hipoplasia medio facial, hendiduras palpebrales oblicuas hacia arriba y afuera, epicanto, pliegue interciliar longitudinal al llanto, y pueden tener iris moteado (manchas de Brushfield); la nariz la boca son pequeñas y la lengua tiende a protruir; los pabellones auriculares suelen tener el hélix plegado, el cuello es corto y ancho con piel redundante; el tórax corto con mamilas hipoplásicas, abdomen de pared hipotónica con diástasis de rectos anteriores; las manos cortas, anchas con braquimesofalange delquinto dedo lo que determina la clinodactilia, y pliegue palmar transversal único Hay separación entre el 1° y 2° ortejo. El diagnóstico se documenta mediante el cariograma, el que muestra un cromosoma 21 adicional (trisomía 21). Los sujetos con S. de Down presentan más malformaciones congénitas que la población general. Destacan las cardiopatías congénitas, las que ocurren en 40 a 50% de estos pacientes. Las más comunes son la comunicación interventricular perimembranosa, seguida por canal aurículo-ventricular, ductus arterioso, comunicacion interauricular y Tetralogía de Fallot. La sobrevida ha mejorado ostensiblemente desde que ellos son operados de los defectos cardíacos que así lo ameritan. Todos estos niños deben ser evaluados precozmente con ecocardiografía y luego controlados periódicamente por cardiólogo si presentan una malformación cardiaca

Síndrome de Patau (47, +13) Corresponde a la trisomía del par 13. Tal como ocurre con el cromosoma 21, el 13 también tiene poco genes por lo que los pacientes pueden sobrevivir. Éstos presentan sóloun ventrículo cerebral, hernia diafragmática y abdominal, deformaciones en las extremidadesy mayor cantidad de dedos.

Síndrome de Edwards (47, +18) Trisomía del par 18. Los pacientes no sobreviven, excepto sí solamente una parte de sus células presenta el trastorno. Los pacientes presentan hernias a nivel abdominal, manos cerradas y dedos superpuestos, además de malformaciones neuronales, cardiacas y gástricas. ~28~

Capítulo 3 | Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano

Síndrome de Klinefelter (47, XXY) Corresponde a un paciente hombre, con un cromosoma X de más. Ocurre en 1/2000 personas. Se caracteriza por hipogonadismo (testículos pequeños, azoospermia, oligospermia), la ginecomastia en la pubertad tardía, problemas psicosociales, hialinización y fibrosis de los túbulos seminíferos, y niveles elevados de gonadotropina urinaria. Generalmente poseen un peso bajo en relación con su altura. Son hombres de talla alta con tendencia a la obesidad, y con características de tipo femenino (generalmente mentales). La fórmula XXY se debe a una no disyunción del cromosoma X en la primera ó segunda división meiótica, siendo más frecuente la aparición de este síndrome en relación a la edad materna más avanzada.

Poliploidías -Tri o tetraploidías: Se observan sólo en fetos. Se producen por un fallo en la división de maduración en el óvulo / espermatozoide. Conjunto adicional de cromosomas paternos, presentan típicamente una placenta anormal: Molas hidatiformes parciales. Generalmente la falla en la división sólo se produce en óvulos, ya que si un espermio presenta esta falla, no será capaz de llegar hasta el gameto femenino y fertilizarlo, solamente porque cargaría el doble del material genético lo que retrasaría su velocidad. Es por ello que es mucho más probable que dos espermios fecunden al mismo tiempo el ovocito, a que un espermio con 46 cromosomas lo haga. Finalmente esta masa celular se transforma en un tumor y luego se maligniza. -Tetraploides: 92, XXXX o 92, XXYY (Incompleta división de segmentación temprana del cigoto.

Mixoploidías -Quimeras: Individuo compuesto por líneas celulares genéticamente distintas, que proceden de cigotos diferentes. Por ejemplo, una quimera genética puede formarse de una fusión de dos mellizos fraternos temprano en el desarrollo. -Mosaicismo. Coexistencia en un individuo de dos o más líneas celulares que difieren genéticamente, pero proceden del mismo cigoto. Por ejemplo, una persona puede tener algunas de las células de su cuerpo con 46 cromosomas, mientras que otras células de su cuerpo pueden tener 47 cromosomas. Un ejemplo de mosaicismo en el síndrome de Down con alteración cromosómica en mosaico. Esto se traduce en que clínicamente presentan menos sintomatología ya que no todas su células presentan al alteración, lo que explica por ejemplo, que existe un espectro de pacientes con Síndrome de Down con compromiso tanto severo como leve.

Alteraciones Estructurales (figura 2): -Translocaciones: Una parte del cromosoma se intercambia con otra de un cromosoma distinto (recíprocas y Robertsonianas). -Deleciones: Eliminación de cierta parte del cromosoma. -Inserciones: Agregación de material cromosómico en alguna parte del cromosoma. -Inversiones: Partes del cromosoma que cambian de sentido (paracéntricas, pericéntricas). -Anillos: Pérdida de telómeros, en donde el cromosoma se cierra a sí mismo para no ser degradado. ~29~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología -Isocromosomas: Dos brazos largos sin brazo corto o viceversa.

Translocaciones Corresponde al traspaso de material de un cromosoma a otro. Una translocación recíproca ocurre cuando la rotura es en ambos cromosomas, seguido de intercambio de sus segmentos. Existen dos tipos de translocaciones. Hablamos de una Equilibrada si los conjuntos cromosómicos tienen el complemento normal de información genética, generalmente no generan problemas, excepto cuando afecta a los gametos. Por otra parte hablamos de Desequilibrada si existe Figura 2. Ejemplos de alteraciones Estruc- información adicional o perdida. turales. -Translocación recíproca: Se origina por rotura de cromosomas no homólogos con intercambio recíproco de los fragmentos rotos, sólo participan 2 cromosomas, sin cambiar el número cromosómico total. Son relativamente frecuentes afectando a 1/500 Neonatos (ver figura 3). -Translocaciones Robertsonianas: Implica a 2 cromosomas acrocéntricos, los que se fusionan cerca de la región centromérica con pérdida de los brazos cortos. Producto de esta fusión, el cariotipo equilibrado resultante tiene 45 cromosomas. Los cromosomas acrocéntricos, dentro de los que se encuentra el 21, tienen una tendencia natural a perder sus brazos “p”. Debido a que los brazos cortos de 5 cromosomas acrocéntricos tienen copias múltiples de genes para RNAr, esta pérdida no es deletérea. Los individuos son fenotípicamente normales puesto que no se daña ni la arquitectura ni la expresión de genes. Sin embargo, los hijos pueden tener alteraciones, por ejemplo, el Síndrome de Down. Figura 3: Translocación entre el -Translocación balanceada y el Síndrome de Down: La cromosoma 2 y el 4. La flecha indica la parte del cromosoma 4 a mayoría de las veces, el síndrome de Down por translola izquierda, translocado al cromosoma 2 a cación se produce como resultado de un evento aleatorio. la derecha. Sin embargo, en algunos casos, la afección puede ser heJ Med Genet 1 ;3 :422 424 reditaria. Esto ocurre cuando uno de los padres es portador de la translocación equilibrada. Un portador de una translocación balanceada del cromosoma 21 es una persona que tiene una parte del cromosoma 21 adjunta (translocación) a otro cromosoma. Sin embargo, esta persona no tiene el síndrome de Down porque él o ella no tiene ningún cromosoma 21. Cuando la reproducción se produce, si un padre le transmite en este cromosoma translocado junto con un cromosoma 21 normal, el niño va a desarrollar el síndrome de Down. Si un padre le transmite en este cromosoma translocado junto con el cromosoma 21 que perdió una parte debido a la translocación, el niño no desarrolla el síndrome de Down, pero será portador de la

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Capítulo 3 | Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano translocación equilibrada. El asesoramiento genético puede ser tratado de encontrar el origen de la translocación. Es importante tener en cuenta que no todos los padres de individuos con translocación trisomía 21 sí son portadores equilibrados. En tales situaciones, no hay mayor riesgo de síndrome de Down en embarazos futuros. Esta translocación la utiliza la evolución; gracias a ella se originó la especie humana.

Deleción: Rotura con pérdida de un segmento, debido a agentes externos. Debe comprender al menos entre 2.000 y 3.000 kb. Las consecuencias clínicas dependen del tamaño del segmento, número y función de los genes que contiene. Puede ser terminal, si pierde el segmento del extremo del cromosoma, o intersticial por pérdida de un segmento interno o bajo el centro. Se puede originar por rotura o cromosómica y pérdida del segmento acéntrico. Es posible observar deleciones en las células cancerígenas

Inserciones: Translocación no recíproca. Un segmento se retira de un cromosoma y se inserta en otro diferente (orientación actual o invertido). El segmento se puede introducir de cualquier forma. El que se introduce de buena manera se transcribe normalmente. Para la producción de una inserción se requiere de 3 roturas cromosómicas: 2 para que se desprenda del cromosoma de donde sale y 1 para que entre en el cromosoma.

Inversiones: En un solo cromosoma ocurren dos roturas. Pueden ser paracéntricas, en donde la lesión ocurre en un sólo brazo (se identifican por bandeo); o pericéntricas, alrededor del centrómero, involucra a ambos brazos, pudiendo modificar la longitud de éste, así como el patrón de bandas (figura 4). A veces los mecanismos de reparación no son capaces de encontrar estas aberraciones por lo cual, se mantienen en el tiempo y generan todo tipo de mutaciones. Un portador de inversión pericéntrica corre un riesgo de tener un hijo con cariotipo desequilibrado del 1 al 10%.Grupo multigeneracional de Terranova inv(3)(p25q21) pueden ser normales, pero sus descendientes tienen un fenotipo anor- Figura 4: Inversión cromosómica mal. La inversión pericéntrica más común es la localizada en el cromosoma 9. Los genes poseen un orden natural que deben mantener. Las inversiones generan un desorden dentro del cromosoma, y para poder reorganizarse luego de esto, ellos intentan modificar su estructura física, dependiendo exclusivamente de la cantidad de proteínas ScI y ScII que posean. Si las proteínas ScI y ScII no son suficientes, el cromosoma se fractura nuevamente y trata de reposicionarse, pudiendo generar más mutaciones.

Cromosomas en anillo: Se producen dos roturas en un cromosoma y los extremos rotos se reúnen en una estructura anular. Al carecer de centrómero dentro del anillo los 2 fragmentos distales se pierden. Anomalía poco frecuente, pero que se ha detectado al menos una vez para cada cromosoma humano. Generan dificultad a la separación de las cromátides hermanas en la anafase. Los cromosomas no pueden aparearse. Debido a que las proteínas son rígidas, el anillo termina fracturándose puesto que no posee la ~31~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología flexibilidad necesaria para aparearse.

Isocromosomas: Es un cromosoma en el que falta un brazo y el otro está reduplicado. Se producen por la división errónea a través del centrómero en la meiosis II y por la translocación de un brazo de un cromosoma a su homólogo en el extremo proximal de otro brazo, adyacente al centrómero. La consecuencia de ésto, es que los cromosomas homólogos quedan uno con la combinación “q-q” y otro con “p-p”. El más frecuente es en el brazo largo (q) del cromosoma X, i(Xq) [isocromosoma brazo largo del cromosoma X] detectado en pacientes con Sindrome de Turner. Si se producen en los autosomas, como por ejemplo en el brazo corto del cromosoma 18, i(18p), sobrevienen bastantes malformaciones, pero los niños sobreviven.

Cromosomas marcadores: Corresponden a segmentos de cromosomas que no han sido degradados y que sobran dentro del genoma. En células normales son raros pero dentro de células neoplásicas aparecen en gran cantidad. Se encuentran junto a un complemento cromosómico normal: Cromosomas supernumerarios. Existe un reordenamiento estructural. Hibridación in situ de fluorescencia con sondas de DNA específicos permiten su identificación. Poseen más heterocromatina céntrica. Ejemplo: Duplicación del brazo largo del cromosoma 22 o Síndrome del Ojo de Gato, el que cursa con coloboma del iris (ojo parecido al del ojo de gato), atresia anal (ano imperforado) y poseen un complemento cuádruple del cromosoma involucrado.

Diagnostico Citogenético prenatal: El análisis cromosómico puede realizarse incluso in útero, lo que permite una planificación y consejería genética adecuada.

Biopsia de vellosidades coriónicas: Es la más clásica. A las 16 semanas, a través del abdomen de la madre se extrae un trozo de placenta para realizar el examen. Tiene un riesgo de mortalidad del feto de un 3 %. Las vellosidades al ser parte de la placenta tienen el mismo complemento cromosómico del feto (complejo feto-placentario). Debido a ello se pueden emplear para estudiar enfermedades que afecten al feto, tanto cromosómicas, como genéticas. El procedimiento se realiza generalmente entre la 11 y 16 semanas de gestación. Se pueden obtener vellosidades coriales vía transabdominal, transcervical, transvaginal. Las vellosidades coriales se aspiran a través de una jeringa, a la cual se aplica una presión negativa. La gran ventaja de la biopsia de vellosidades coriales es que esta técnica se realiza en etapas precoces del embarazo y cuyos resultados se obtienen en forma rápida. Amniocentesis clásica: Por medio de una aguja larga, se obtiene el líquido amniótico (a las 14 semanas). Se obtienen células del ectodermo para revisar el genotipo. Tiene un riesgo de muerte fetal de 0.5%. Si realiza antes de las 14 semanas, tiene más riesgo de aborto que una biopsia de vellosidades corioónicas. Cordocentesis: Se realiza desde la segunda mitad del embarazo, y se punciona la vena umbilical para obtención de sangre fetal. Además del estudio genético, permite estudio de infecciones y otros análisis de sangre. Si se realiza antes de las 20 semanas tiene un riesgo de muerte fetal de 1 a 2 %. ~32~

Capítulo 3 | Técnicas aplicadas al estudio del Genoma Humano

Citogenética molecular: A esta metodología se le denomina Hibridación de fluorescencia in situ, o FISH por sus siglas en inglés. Se basa en la hibridación in situ, detección y localización de secuencias específicas de ácidos nucleicos en estructuras biológicas morfológicamente conservadas. Utiliza sonda complementarias a un segmento de DNA. Estas sondas son biotiniladas no radioactivas, con las cuales se puede reconocer la secuencia del gen que se busca. Tiene la ventaja que es más rápido que la citogenética clásica. Permite identificar rasgos de translocaciones propias de la leucemia. Sin embargo, tiene un costo elevado. El FISH nos permite responder preguntas imposibles de resolver con técnicas d citogenética clásica, es menos laborioso y más rápido que los bandeos de alta resolución, es una técnicafactible y poderosa en resolución.

Amniocentesis precoz con amniofiltración: Se realiza una amniocentesis antes de las 14 semanas, cuya complicación a esta edad gestacional es la de un oligohidroamnios y consecuentemente mayor riesgo de malformaciones y prematuridad. Para prevenir esto se analisa el líquido amniótico extraído, se filtra y se reintroduce a la cavidad amniótica.

Lecturas Recomendadas -“Retardo mental, malformaciones congénitas y aberraciones cromosómicas subteloméricas crípticas” Rev. Med. Urug. 2005, 21: 93-106”. -“Base de Datos OMIM ® - Online Mendelian Inheritance in Man” Sitio web: http://omim.org/

Anexos Anexo 1. Resumen de alteraciones cromosómicas

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Anexo 2. Cariotipo de un lipoma, bandeado usando Tinción de Giemsa. muestra una deleccion del brazo largo del cromosoma 13, del(13) (q12-13q31) (flecha). JNCI J Natl Cancer Inst (1998) 90(4): 324-326.

Anexo 3. Cariotipo de un paciente con Linfoma de Células del Manto. Es un linfoma usualmente producido por alteración del cromosoma 14. Se realizó un cariotipo con Giemsa y luego una hibridación in situ del cromsoma 14. A) Cariotipo completo usando Bandeo Giemsa (G), mostrando traslocación t(1;12)(p21;q13) (flechas). B) Núcleo en interfase mostrando dos señales rojas y dos señales verdes (patrón de hibridización normal para comparar). C) Núcleo en interfase mostrando una señal de hibridación fusionada amarilla, dos señales rojas y una señal verde (patrón anormal de hibridación). El cromosoma 14 aparente normal en el análisis Giemsa, tiene una microinserción del gen CCNDI en el loc IgH, llevando a una expresión de Ciclina D1 en células linfoides de la médula osea del paciente, lo cual fue detectando mediante Hibridazión in situ. J Clin Pathol 2003;56:798-800

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Capítulo 3 | Técnicas aplicadas al estudio del genoma humano

Anexo 4. Imagen con contratinción con DAPI de cromosomas en metafase. El patrón es similar al bandeo G, pero acentúa la región heterocromática de algunos cromosomas (por ejemplo, 1, 9, 16 e Y). b) Misma metafase con muestra de colores RGB. c) Misma metafase con clasificacion en pseudo-colores.d) Cariotipo de la misma metafase. Felchas en paneles a-c identifican los cromosomas X e Y. Nature Protocols 1, 3129 - 3142 (2007)

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CAPITULO

Mutación: Fuente de variación del material genético y de enfermedad

Conceptos • La estabilidad del genoma y la fidelidad de la transmisión de su mensaje de una generación celular a otra es fundamental para el funcionamiento de un organismo. • La fidelidad y variación del material genético son importantes para la supervivencia humana, ya que aseguran la evolución. • La mutación se entiende como un cambio o alteración del material genético, y en ella radica el origen de la evolución.

Daño del ADN El daño del ADN se puede definir como modificaciones de la estructura o en la secuencia de nucleótidos que lo constituyen. Puede ser de causa endógena o exógena: Daño endógeno Modificaciones atribuidas al metabolismo celular. Algunos lo atribuyen particularmente al metabolismo de los nucleótidos:

I. Bases mal complementadas 1. Errores en las fases de replicación, reparación y recombinación del ADN: La tasa de error de la polimerasa humana es de 1 en 10 millones pares de bases (pb), por lo tanto, si se poseen alrededor de 3.300 millones pb, sólo por transcripción se cometerían 330 errores. 2. Desaminación de bases: Las bases citosina (C), adenina (A) y guanina (G) poseen grupos NH2 exocíclicos que pueden ser perdidos según cambios en temperatura y pH, lo que tendría como consecuencia la presencia de errores en el apareamiento, como se observa en la Figura 1. 3. Cambio tautomérico: Es un cambio transitorio en que las bases reordenan sus uniones y forman isómeros estructurales o tautómeros, por lo tanto, la estructura química no cambia, pero sí su posición, con ello se llega a errores en el apareamiento. Este tipo de cambio puede ocurrir en forma azarosa o bien por influencia del pH y la temperatura (ver Figura 2).

II. Alteraciones estructurales de bases Fuentes de daño importantes: Especies reactivas del oxígeno que se generan con el metabolismo celular normal. Estas especies reactivas del oxígeno (anión superóxido [O 2 -], anión hidroxilo [OH-] y peróxido de hidrógeno [H 2O 2 ]) pueden provocar daño a las bases. Al tra~37~


Figura 1. Desaminación de las bases nitrogenadas. Si la citosina (C) se desamina se transforma en uracilo (U) y se aparearía con adenina (A), si A se desamina se forma hipoxantina y se aparearía con C, y si se desamina guanina (G) ésta se convierte en xantina y se aparea con la timina (T).

Figura 2. Cambios tautoméricos. La forma imino de A se aparea con C, mientras que la forma enólica de T se aparea con G.

tarse de daños estructurales, el organismo cuenta con mecanismos para detectar los errores, por lo que podría haber reparación.

Daño exógeno Corresponde a lesiones que son producto de agentes procedentes del medio ambiente biológico, físico y químico que afectan al ADN. Entre ellos están: 1. Alteraciones estructurales de bases o nucleósidos. 2. Remoción de bases. 3. Incorporación de bases incorrectas. 4. Deleción o adición de bases. 5. Formación de dímeros de pirimidina. ~38~

Capítulo 4 | Mutación: Fuente de variación del material genético y de enfermedad 6. Fracturas de cadena. 7. Puentes intra o intercatenarios. 8. Unión de proteínas no histónicas al ADN (uniones covalentes de gran fuerza).

La radiación ionizante es una fuente importante de daño al ADN, destacándose entre los daños que con más frecuencia por Gy (unidad de medida de radiación) producen daño de bases, daño de pentosas y fracturas simples (ver Tabla 1).

Tabla 1. Lesiones al ADN por radiación. Se observa la cantidad y el tipo de lesiones inducidas al ADN por radiaciones ionizantes, destaca el daño de bases, daño a pentosas y fracturas simples.

Respuesta al daño del ADN Si el daño es menor, pueden actuar los mecanismos de reparación del ADN a distintos niveles, como: • Respuesta transcripcional: Se producen proteínas para que actúen reparando el daño. • Modificación de la cromatina: Se compacta la cromatina para que cese la expresión. • Detención del ciclo celular. • Apoptosis: Cuando el daño es demasiado para ser reparado se activan vías apoptóticas. Si una célula dañada escapa a la apoptosis arrastrará consigo mutaciones y puede ser capaz de generar una enfermedad.

ATM

También conocida como Rad3, es una proteína que se encuentra mutada una enfermedad hereditaria denominada ataxia telangiectasia. Controla y sensa el daño y es coadyuvada por la proteína quinasa ATR. Actúa como sensor, activando a otras proteínas involucradas en la reparación, entre ellas, p53 y las proteínas Chk1 y Chk2, que actúan sobre Cdc25 y p21. éstas a su vez, influyen en la regulación del ciclo celular a través de los complejos CDK-ciclina.

• CDK2/Ciclina E: Actúa durante el paso desde la fase G1 hacia S. Si ocurriese un daño en esta etapa del ciclo celular, provocaría una alteración de la función celular en las células que rara vez se dividen (células musculares, células nerviosas); si el daño persistiera habría una alteración de la función o podría producirse cáncer. • CDK2/Ciclina A: Actúa cuando hay daño durante el paso desde la fase S hacia G2. • CDK1/Ciclina B: Actúa cuando hay daño en G2 hacia la fase M.

En estos últimos dos puntos puede haber alteraciones en los procesos de mitosis y meiosis, por lo tanto, el daño puede transmitirse de generación en generación.

Mecanismos de reparación

Reparación con reversión del daño

1. Fotorreactivación: Es el mecanismo más antiguo de reparación del ADN. Cuando ~39~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología se forma un dímero timina-timina (T-T), la luz solar puede hacer que una de las T pierda un H+, con lo que ambas T se unen a través de un enlace covalente, de modo que tuercen la cadena de ADN y la polimerasa tracciona hasta que quiebra la cadena de ADN. Una enzima que se activa con la luz, utiliza la misma energía que causa el daño para reparar el ADN. 2. Eliminación del grupo alquilo de O6-alquil-guanina. 3. Reposición de purina en sitios apúricos. 4. Restablecimiento de enlaces fosfodiéster.

Reparación con escisión del daño Este tipo de reparación se da en organismos complejos, y los mecanismos son:

1. Escisión de bases dañadas (BER): Si se presenta una base dañada, ésta es removida del nucleótido y se conservan la pentosa y el grupo fosfato, estos últimos forman una unión que es muy débil y que se quebraría con facilidad, si esto sucediese, sería más difícil de reparar. Para iniciar la reparación la enzima ADN glicosilasa reconoce la base dañada o el sitio vacío, luego la endonucleasa corta el trozo de azúcar manteniendo la estructura del ADN, posteriormente la polimerasa β actúa reparando el sitio. Este mecanismo de reparación es esencial para la vida, por lo que no muta, en consecuencia no hay enfermedades asociadas a mutación del BER. 2. Escisión de nucleótidos (NER): Se remueve el nucleótido en su totalidad, ya que azúcar y fosfato también están dañados, por lo que se provocará una fractura que debe ser controlada. Parte de las proteínas del complejo de la polimerasa funcionan como andamios para evitar la ruptura (no controlada) de la cadena. NER corta desde una base (parche corto) a varias bases (parche largo). En este mecanismo de reparación actúan una serie de proteínas, que son las XP (de xeroderma pigmentosum). Se puede vivir sin NER, pero no sin BER porque el nivel de daño a nivel de las bases es tal, que de no ser reparado puede ser letal, debido a que las mutaciones que afectan a las bases son más numerosas que las de los nucleótidos. 3. Mismatch Repair: Consiste en la remoción de la base que está mal apareada. El mecanismo radica en las proteínas del complejo MSH (2, 3, 4, 6) que rodean a la base mal apareada. Aparentemente, hay diferencias en la metilación de las histonas Figura 3. Mismatch Repair. Con y las cadenas de cada lado, pero se desconoce el mecanismo mismatch repair se sabría entre las exacto por el cual se lleva a cabo (ver Figura 3). En bacterias dos bases indicadas cuál es la que ocurre un mecanismo similar, pero las análogas de las MSH son está erróneamente apareada. conocidas como MULT. Los mecanismos de BER, NER y Mismatch Repair son conservativos, es decir, no hay pérdida de información del material genético. 4. Reparación de dobles fracturas. Recombinación homóloga y end joint: Cuando el ADN está replicado tiene un molde que puede ser utilizado, que es lo que se conoce como recombinación homóloga. En la recombinación homóloga hay una proteína que reconoce la fractura quebrada y la acerca a la hebra molde (que se reconoce por las secuencias adyacentes). Es similar a una horquilla de replicación producida en la recombinación meiótica. Se repara usando como molde la hebra copiada, normalmente no se pierde información. En cambio, si el ADN no se encuentra replicado, cosa que ocurre en la mayoría de las veces, se lleva ~40~

Capítulo 4 | Mutación: Fuente de variación del material genético y de enfermedad a cabo el mecanismo de end joint, en que se toma cualquier segmento de ADN que tenga los extremos libres y los añade en forma aleatoria, el inconveniente es que hay pérdida de información y es poco eficiente, por lo que cabe la posibilidad de que se pierdan secuencias altamente repetidas.

Falla en los mecanismos de reparación En el siguiente experimento (ver Figura 4) se sometió a distintos grupos de células a la inhibición de los diferentes tipos de mecanismos:

1. Células normales sometidas a radiación, de ellas la mayoría muere y pocas sobreviven, pero el daño es bajo. El mecanismo es de selección natural. 2. Si se inhiben Chk1 y Chk2 (adyuvantes de ATM) sobreviven varias células, pero con un daño moderado. Chk2 sirve como señal de inicio para el complejo CDK-ciclina, por lo que en su ausencia no se detiene el ciclo celular. Funciona, pero como el ciclo continúa, no se da el proceso. 3. Si se inhibe Artemis (complejo modulador de ATM) habrá escasa replicación, pero con un daño muy bajo. Su acción es más estricta que la del primer caso. 4. Si se bloquea ATM, no pasa nada, el ciclo celular continúa y por lo tanto el nivel de daño será alto. ATM normalmente inicia la cascada de reparación.

Figura 4. Impacto de la reparación del ADN y del arresto del ciclo celular en la supervivencia e inestabilidad genómica posterior a irradiación de las células. La frecuencia total de fracturas cromosómicas en la mitosis se relaciona con la inestabilidad genómica. Las células normales poseen una reparación y arresto celular sin alteraciones. La mayoría de las células son arrestadas en el checkpoint de G2/M hasta que la reparación esté completa. Dos a 8 horas después de la exposición a 1 Gy, las pocas metafases presentes tienen un bajo número de fracturas cromosómicas. La supresión de Chk1/2 no tiene impactos sobre la reparación del ADN. Sin embargo, muchas células progresan a la mitosis antes de que la reparación se haya completado. Por lo tanto, hay muchas metafases con una ligera elevación del número de fracturas cromosómicas por metafase, comparadas con las células controles, y el número total de fracturas cromosómicas está moderadamente aumentado. La deficiencia de Artemis altera la reparación de fracturas dobles, pero un arresto eficiente previene que las células entren en mitosis. Por lo tanto, hay muy pocas metafases aunque con un elevado número de fracturas, pero el número total de fracturas cromosómicas permanece bajo. Los defectos en ATM alteran tanto la reparación del ADN como el arresto del ciclo celular. Por lo tanto, muchas células con fracturas dobles no reparadas entran en mitosis causando un gran aumento en el total de fracturas cromosómicas. Se observa también el impacto en la supervivencia celular. Actualmente es difícil evaluar el impacto de la supresión de los checkpoints en la supervivencia, porque Chk1 es necesario para estabilizar las horquillas de replicación. DNA Repair. 2006;5:11921198.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Si se nace con algún problema en los sistemas de reparación del daño del ADN se producen los síndromes de inestabilidad cromosómica.

Síndromes de Inestabilidad Cromosómica Estos síndromes reúnen ciertas características comunes como son: envejecimiento prematuro, predisposición al desarrollo de neoplasias, fragilidad cromosómica, retraso del crecimiento y desarrollo, malformaciones congénitas y abortos, fotosensibilidad y/o radiosensibilidad, alta sensibilidad a agentes mutagénicos químicos.

• Xeroderma pigmentosum: Enfermedad pigmentaria de causa genética cuya herencia es de tipo autosómica recesiva y los genes alterados implicados pueden ser cualquiera del complejo NER. La incidencia de esta enfermedad es de 2-4 por millón de habitantes en general, de 1/millón de habitantes en Estados Unidos, y de 15/millón de habitantes en África del norte y en Japón. Las personas que padecen xeroderma pigmentosum poseen una elevada sensibilidad a los rayos ultravioleta, dermatosis en zonas expuestas a la luz, lesiones oculares que pueden llevar a la ceguera y envejecimiento prematuro. Entre otras manifestaciones de la enfermedad, destaca el desarrollo de daño neurológico que consiste en acortamiento y atrofia cortical más una degeneración de la sustancia blanca. Además, estos pacientes poseen un elevado riesgo de desarrollar cáncer a la piel y otras neoplasias. En general, la enfermedad tiene un mal pronóstico y quienes la padecen suelen morir alrededor de la segunda o tercera década de vida. No existe cura para la enfermedad, por lo que se trata sólo en forma paliativa y dicho manejo consiste en adoptar medidas de protección contra la luz ultravioleta. Como consejo genético, el riesgo en un nuevo embarazo alcanza un 25%.

• Ataxia telangiectasia: Es un síndrome genético de herencia autosómica recesiva y de fenotipo complejo, su incidencia es de 1/40.000 a 1/100.000, y su frecuencia en heterocigotos es de 1/300. Se caracteriza por una degeneración neuronal progresiva, preferentemente del cerebelo, que se manifiesta en ataxia (carencia en la coordinación del movimiento que se observa como una marcha tambaleante), pudiendo ser invalidante para quien lo padezca. Otras manifestaciones son las telangiectasias oculocutáneas producidas por daño microvascular, inmunodeficiencia combinada que se manifiesta como infecciones sinopulmonares crónicas. Además, estas personas están predispuestas al envejecimiento prematuro, hipogonadismo, inestabilidad genómica, hipersensibilidad a radiación ionizante y poseen riesgo aumentado de cánceres (linfomas, leucemias y otros tumores sólidos). El gen implicado es el gen supresor de tumores ATM, cuyo locus es 11q 22-23, y los portadores heterocigotos poseen un riesgo aumentado de desarrollar cáncer de mama y ovario. Actualmente está disponible el estudio y diagnóstico de mutaciones en ATM.

Otros síndromes de inestabilidad cromosómica

• Síndrome de Cockayne: Caracterizado por detención del crecimiento, talla baja, envejecimiento prematuro, anormalidades neurológicas, fotosensibilidad, retraso en la erupción de los dientes primarios, ausencia congénita de dientes permanentes, macrodoncia parcial, atrofia de los procesos alveolares y caries dental. Puede ser causado por mutación en dos ~42~

Capítulo 4 | Mutación: Fuente de variación del material genético y de enfermedad genes, el CKN1 (ERCC8) y el ERCC6, localizados en los cromosomas 5 y 10 respectivamente. También se ha asociado el síndrome a mutaciones de los genes XPB, XPD y XPG.

• Tricotiodistrofia: Los pacientes con tricotiodistrofia tienen tendencia al envejecimiento prematuro, pero presentan menor grado de fotosensibilidad (envejecimiento acelerado). Existe correlación de las mutaciones del ADN reparado y del locus del gen ERCC2 (también conocido como gen XPD) de transcripción, mediante la reparación por escisión de nucleótidos, característica tanto de la tricotiodistrofia como del xeroderma pigmentosum.

• Síndrome de Nijmegen: Enfermedad autosómica recesiva de muy baja frecuencia en la población. Las características clínicas del síndrome incluyen microcefalia severa, inmunodeficiencia acompañada de infecciones recurrentes, retraso en el desarrollo y una alta susceptibilidad al desarrollo de cáncer de tipo linforreticular. Estudios de ligamiento en familias de afectados de la enfermedad han permitido identificar el gen NBS1, encontrándose una mutación en la mayoría de los pacientes afectados. El producto génico mutado participa en una vía de transducción de señales, relacionada con la reparación de fracturas bicatenarias y la detención transitoria de la progresión del ciclo celular.

• Anemia de Fanconi: Clínicamente presenta una insuficiencia medular progresiva, diversas anomalías congénitas e incremento en la predisposición a padecer enfermedades malignas, sobretodo leucemia no linfoblástica aguda (LNLA) y tumores sólidos. Hasta el momento se han descrito 8 genes distintos involucrados en esta enfermedad. Recientemente, un séptimo gen de ha sido identificado como BRCA2 y su implicación es bien conocida en la susceptibilidad al cáncer de mama.

• Síndrome de Bloom: Caracterizado por un tamaño corporal reducido, piel sensible a la radiación solar con lesiones hiper e hipopigmentadas bien definidas, y una mayor predisposición a las infecciones bacterianas debida a la inmunodeficiencia. Cáncer, enfermedades pulmonares crónicas y diabetes son también complicaciones comunes de este síndrome. Se observa una hipermutabilidad que podría ser la responsable de la ausencia de actividad ligasa I necesaria para completar la reparación y quizás también la recombinación del ADN.

Cáncer de mama y ovario Constituyen la segunda causa de mortalidad por cáncer femenino en Chile y el mundo, alcanzando una incidencia de 60,4/100.000 mujeres mayores de 35 años. Alrededor de 15-20% de los casos tienen una predisposición genética, y los genes de susceptibilidad son BRCA1 y BRCA2, además de otros genes asociados como ATM, Chk2, p53, RAD51.

Resumen El daño en el ADN es detectado por ATM que está encargado de la mantención de la replicación, para lo que se lleva a cabo la producción de mediadores que conducen a una modulación de la respuesta (detención ciclo celular, reparación) o apoptosis. Si estos mecanismos fallan, podrían tener lugar mutaciones o dar paso al desarrollo de neoplasias.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Lectura Recomendada • Arenas, S. M., Hernández, Z. E., Montoya, P. L. & Aldape, B. B. (2006). Síndrome de Cockayne: Informe de un caso. Revisión de la literatura. Medicina Oral, Patología Oral y Cirugía Bucal, 11, E236-E238. • Delfino, M., Bruzzone, R., Rey, A., Delfino, A. & Pírez, M. (2006). Ataxia Telangiectasia (síndrome de Louis-Bar). Archivos de Pediatría del Uruguay, 77(2), 154-158. • Devlin, T. (2000). Bioquímica. Libro de Texto con Aplicaciones Clínicas (3ª. Ed.). Barcelona, España: Editorial Reverté S.A. • Falcón, L. L., Dorticós, B. A., Daniel, S. R. & Garbayo, O. E. (1998). Xeroderma Pigmentoso. Síndrome de Sanctis Cacchione. Presentación de 1 caso. Revista Cubana de Pediatría, 70(2), 113-6. • Jeggo, P. & Löbrich, M. (2006). Contribution of DNA repair and cell cycle checkpoint arrest to the maintenance of genomic stability. DNA Repair, 5, 1192-1198. • Liu, Y., Prasad, R., Beard, W. A., Kedar, P. S., Hou, E. W., Shock, D. D. et al. (2007). Coordination of Steps in Single-nucleotide Base Excision Repair Mediated by Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease 1 and DNA Polymerase beta. The Journal of biological chemistry, 282(18), 13532-13541. • Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P. et al. (2004). Biología Molecular de la Célula (5ª. Ed.). Nueva York, NY, EE.UU: WH Freeman. • Marcelain, C. K., Aracena, A. M., Be, R. C., Navarrete, S. C., Moreno, H. R., Santos, A. M. et al. (2004). Caracterización clínica, citogenética y molecular de un nuevo caso de síndrome de Nijmegen en Chile. Revista Médica de Chile, 132(2), 211-218. • Mullenders, L. H. F., Stary, A. & Sarasin, A. (2001). Nucleotide excision repair. Laboratory of Genetic Instability and Cancer. Extraído de http://atlasgeneticsoncology.org/Deep/ExcisRepairID20014.html. Revisado el 10 de febrero de 2012. • Passarge, E. (2001). Genética Texto y Atlas (2ª. Ed.). Argentina: Editorial Médica Panamericana. • Sagaseta de Ilurdoz, M., Molina, J., Lezáun, I., Valiente, A. & Durán, G. (2003). Anemia de Fanconi. Consideraciones actuales. Anales del Sistema Sanitario de Navarra, 26, 63-78. • Sanz, M. M. & German, J. (2010). Bloom’s Syndrome. University of Washington. Extraído de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1398/ Revisado el 10 de febrero de 2012. • Villaseñor, C. P. & Velázquez, G. E. (2007). Tricotiodistrofia. Reporte de un caso. Revista del Centro Dermatológico Pascua, 16(3), 184-186.

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CAPITULO

M

Genética Mendeliana I

endel trabajó en la planta de guisantes (Pisum sativum), y estudió caracteres discretos cualitativos, es decir, caracteres fácilmente distinguibles, que tienen dos alternativas, por ejemplo: pequeño o grande. Observó 7 caracteres, coincidiendo exactamente en el número de cromosomas que posee la planta de guisantes. Para todos sus experimentos utilizó líneas puras, ya que estaba interesado en producir una planta comercializable. Cabe destacar que “línea pura” se refiere a que el carácter discreto a estudiar debía ser igual entre dichas plantas: todas las plantas blancas, todas rojas, o todas altas, o todas bajas; esto es, sus caracteres debían mantenerse constantes a través del tiempo gracias a la reproducción sexual, fuese por autofecundación o por fecundación cruzada con otras plantas de la misma línea. Para obtener estas líneas puras ya era conocida la premisa de que al cruzar una y otra vez las mismas plantas, a la larga se conseguirían que todos los genes fueran iguales (autofecundación). Otra de las características del Pisum sativum que lo hacían idóneo para este estudio es que la flor poseía ambos sexos fácilmente reconocibles y manejables (hermafrodita). Por otra parte daba una gran cantidad de semillas, por lo que se podía explicar matemáticamente los experimentos realizados en ellas, dado que se disponía de un “n” amplio. Mendel efectúo un análisis cuantitativo de la descendencia, analizando las proporciones. Lo primero que observó Mendel es que si cruzaba flores blancas con flores púrpuras las hijas de éstas eran púrpuras. A su vez, si estas plantas obtenidas se cruzaban entre sí la descendencia contenía flores blancas. Comprendió entonces que de alguna forma el color blanco en estas plantas no desaparecía, sino que el púrpura lo ocultaba, lo “dominaba”. Finalmente Mendel llamó dominante al carácter que siempre se expresa y recesivo a aquel que es ocultado. El cruzamiento monohíbrido comprende un solo par de alelos. Un gen puede tener varios alelos; Mendel pensaba que existían siempre dos porque él veía sólo dos características. Comenzó a observar luego que en cada cruzamiento se iban dando las mismas proporciones, por eso finalmente determinó que eran dos. Mendel afirmó que cada planta púrpura y blanca tienen que tener para el gen del color dos alternativas: la blanca va a ser recesiva (aa); el púrpura domina y como eran líneas puras sólo podía tener la variante AA. En la F1 que él veía que todas eran púrpuras, por lógica los padres podían entregar: blancas (aa) y púrpuras (AA), por lo tanto todos en F1 eran heterocigotos Aa; y al cruzar Aa con su misma generación habían 4 alternativas: 25% AA, 50% Aa y 25% aa, y eso daba la proporción 3:1 que observaba Mendel. ~45~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Ahora: ¿Cómo probamos esto?, porque debemos ser capaces de identificar al grupo parental, pues si yo tengo una flor púrpura ¿cómo sabré si es AA o Aa?. Para eso se estableció el llamado cruce de prueba. Para flores púrpuras se tienen dos alternativas: AA o Aa; si el genotipo de dicha planta era Aa al cruzarla con aa se obtenía 50% Aa y 50% aa y por ende iban a aparecer en este caso flores blancas; en cambio si al hacer el cruzamiento de prueba se obtenían sólo flores púrpuras se concluía que el genotipo era AA. Esto también se conoce como retrocruza. Entonces el cruzamiento de prueba involucra a un organismo homocigoto recesivo con alguno de los otros dos (AA o Aa) para observar la descendencia y determinar de esta forma el genotipo del fenotipo dominante. Surgen allí dos conceptos. ¿Qué es el genotipo y fenotipo? El genotipo es la estructura genética, el tipo de alelo que uno tiene, por otra parte el fenotipo es lo que yo puedo ver. El fenotipo puede ser el mismo que el genotipo, porque hoy en día nosotros podemos ver la estructura genética, podemos secuenciar y ver esa secuencia, en ese tiempo el fenotipo era la expresión en colores, después más adelante fue la expresión a nivel microscópico, luego a nivel molecular y hoy en día expresión a nivel génico. El fenotipo es por lo tanto una convención que nosotros definimos: esto es púrpura, violeta, morado, azul; el fenotipo varía de observador a observador; el genotipo no, aunque puede cambiar, mutar, etc. Los experimentos de Mendel demostraron que la herencia se transmite por elementos particulados (no herencia de las mezclas). Sugiere que los factores que controlan los caracteres (factores mendelianos o genes), en la descendencia se separan y se expresan en sus formas originales, no existiendo mezcla (demostrado en el cruzamiento de prueba). Lo único que ocurre es que un alelo puede suprimir al otro, pero no se mezclan entre sí. De ésta forma surgen las leyes de Mendel, que las expresa en su trabajo pero no las presenta como leyes propiamente tales: •Primera Ley de Mendel: Ley de la Uniformidad. Se refiere el hecho de que cuando dos homocigotos con diferentes alelos se cruzan (AA x aa), todos los descendientes que constituyen la primera generación filial son idénticos y heterocigotos (Aa). En otras palabras las características no desaparecen como se pensaba anteriormente y pueden reaparecer en generaciones posteriores. •Segunda Ley de Mendel: Ley de la Segregación. Lo cual observó en cada uno de los caracte-res del guisante. •Tercera Ley de Mendel: Ley de Transmisión Independiente. En la formación de los gametos, los pares de factores que segregan se transmiten independientemente uno del otro.

Cruzamiento Dihíbrido Tiempo después surgió la idea de Mendel de probar cruzamientos para dos caracteres distintos. Observó que también se producían proporciones constantes, debido a que cada uno de los 7 caracteres estudiados se encontraba en un cromosoma distinto porque segregaban de manera independiente. Así surgió su tercera ley, que explica que cuando se cruzan dos caracteres distintos, en pares de cromosomas homólogos diferentes, estos segregan en forma independiente (fácilmente reconocible gracias al tablero de Punnet). Entonces vio que en cada letra, todo alelo puede siempre presentarse en la misma proporción; si uno toma solo un alelo, por ejemplo A, va a encontrarse con que hay 3/4 de A y 1/4 de a, lo que da origen a la proporción fenotípica 3:1, o a la proporción clásica genotípica de 1:2:1 (1 AA, 2 Aa, 1 aa). ~46~

Capítulo 5 | Genética Mendeliana I Además, notó que para las combinaciones fenotípicas en alelos para genes distintos (por ejemplo, gen A y gen B que expresan diferentes fenotipos), con cruzamiento dihíbrido, dan un proporción clásica fenotípica de 9:3:3:1 (figura 1). Por otra parte, el cruzamiento trihíbrido es similar al dihíbrido (siguiendo la ley de transmi-sión independiente), sólo que la proporción es 1:64 y se presentará la típica proporción fenotípica de 27:9:9:3:3:1. Finalmente si quisiéramos generalizar, y Figura 1. Cruzamiento dihíbrido utilizando el tablero de Punhacer un cruzamiento con cualquier otro núnet. mero de caracteres a estudiar, debemos utilizar el cuadrado de binomio, donde n es la cantidad de genes que estamos evaluando y con un simple factorial podemos obtener las proporciones fenotípicas. Otros conceptos de genética:

•Genotipo: composición génica de una célula. •Fenotipo: apariencia de un organismo tal como puede ser detectado visualmente o por otras técnicas especiales. ser:

El fenotipo es el resultado de la interacción del genotipo más el ambiente, que puede

•Génico, es decir, otros genes modificando el mismo gen. •Celular, otras células modificando las expresiones de esa célula. •Somático, distintos tejido modificando la expresión de otros. •Extracorpóreo, o sea, el ambiente en general.

La relación entre genotipo y fenotipo es la denominada varianza de la dominancia, si el fenotipo sólo dependiera del genotipo. Por ejemplo, tomamos como fenotipo la secuencia de nucleótidos, y suponemos que no existe alteración de éste por parte del ambiente. Cualquier variación que tenga la secuencia de nucleótidos va a depender exclusivamente de la variación genética, que está dada por la cantidad de mutaciones que tiene el DNA. Hay fenotipos que dependen de muchas otros factores; por ejemplo, color de la flor, color del pelo: que una señorita sea rubia depende de múltiples factores que están dados por: su estructura genética, el tipo de aminoácidos que consume en su dieta, la calidad del agua con que se lava el pelo y por último, si se tiñe el pelo o no. Entonces, el color de pelo de la señorita depende de la varianza genética, es decir, cuántos genes tiene para ser rubia más la varianza ambiental que está dada por la calidad del agua, el tipo de dieta, entre otros. Afortunadamente, se puede expresar matemáticamente, lo cual facilita el pronóstico y así uno puede afirmar si existe mayor o menor riesgo de padecer enfermedades complejas del punto de vista genético.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Cruzamiento Monohíbrido: Dominancia Incompleta Uno de los problemas que tuvieron los

investigadores cuando empezaron a repetir los experimentos de Mendel era que en otras plantas no se llegaba a las mismas conclusiones que él. Uno de los descubridores de Mendel, fue Bridges, quién experimentó con una flor llamada “Don Diego de la Noche” que tiene 3 expresiones fenotípicas: rojo intenso, blanco y rosado. Cuando Bridges repitió el experimento de Mendel, cruzando una planta roja con una blanca, obtuvo para la F1 sólo Figura 2. Cruce entre flores “don diego de la noche”, ejemplantas rosadas, por lo cual concluyó que la plo de dominancia incompleta. ley de Mendel no se cumplía y los caracteres si se mezclaban. Pero luego cruzó la F1 y obtuvo 1/4 rojas, 1/2 rosadas y 1/4 blancas (figura 2), un resultado no esperado, por lo que hipotetizó que en ese caso ambos colores se expresan, es decir, cuando dos alelos se expresan en igual forma y no existe dominancia completa, se denomina codominancia o corecesividad, o sea, los dos alelos del gen se expresan. Lo que ocurre, es que ambos alelos se expresan formando un mosaico pero el ojo humano no logra discriminarlo.

Teoría Cromosómica de la Herencia En 1900 se redescubre Mendel, y luego en 1902 Boveri y Wilson hablan de la segregación de los cromosomas, de donde se concluye que los caracteres estudiados por Mendel, y en realidad los caracteres en general, estaban contenidos en los cromosomas, premisa que fue planteada formalmente por Sutton en 1903. En 1909 Johanssen acuña el término gen. Finalmente en 1910 se demuestra que los genes están en los cromosomas (en los loci). Todos estos descubrimientos se condensaron en la Teoría Cromosómica de la Herencia, en que: •Factores Mendelianos y cromosomas están representados dos veces en las células somáticas y una vez en los gametos. •Factores Mendelianos y cromosomas mantienen su individualidad estructural a lo largo de todo el ciclo vital. •La segregación de los cromosomas establece el mecanismo citológico de la segregación de los factores mendelianos y de su combinación independiente cuando se consideran juntas dos parejas alélicas. •Cada cromosoma o par de cromosomas homólogos tiene un papel definido en el desarrollo de los individuos.

Alelos Múltiples Temprano en la historia de la genética se demostró que es posible que existan más de dos formas de un gen. A pesar de que un organismo diploide puede poseer solamente dos alelos de un gen (y un organismo haploide solamente uno), en una población pueden existir un número total bastante alto de alelos de un mismo gen. Estos numerosos alelos se denominan alelos múltiples y forman toda una serie alélica. ~48~

Capítulo 5 | Genética Mendeliana I Un ejemplo clásico lo constituyen los grupos sanguíneos (AB0) que son la expresión de un antígeno en la superficie de los hematíes (figura 3), que tiene pequeñas variantes porque es una glucoproteína en la parte gluco, lo que va a dar una expresión antigénica, de manera que todos pertenecemos a cuatro grupos: 0, A, B, AB. La gran parte de nuestra población pertenece al grupo 0 porque es el que predomina entre la población indígena y la negra, el grupo A predomina en la población europea, el grupo B en las poblaciones asiáticas, y existe una expresión de dominancia distinta: el grupo 0 es siempre dominado (no reconoce antígeno), el grupo A que es europeo o el grupo B que es asiático dominan al 0, y entre Figura 3. Grupos sanguíneos AB0. ellos dos son codominantes, lo cual muestra que las proporciones mendelianas cambian. En el grupo 0 la glucoproteína no expresa ningún gluco y expresa sólo la proteína; en el grupo A tiene una fructosa y en el grupo B una galactosa. La serie alélica incluye a tres genes mayores: los alelos i, I A , I B , pero por supuesto cualquier individuo tiene sólo dos copias de estos alelos (o dos copias del mismo). En esta serie alélica I A e I B determinan respectivamente un antígeno único y el alelo i confiere la inhabilidad de producir antígeno. En los genotipos I A i e I B i los alelos I A o I B son totalmente dominantes pero son codominantes en el genotipo I A I B . Entonces en el patrón de producción tenemos al antígeno H que es la proteína que se tiene que expresar, si tiene una fructosa es del grupo A, si tiene una galactosa es del grupo B y si no tiene es del grupo 0, pero hay otro gen que está antes que tiene que expresarse para que aparezca la proteína, ese gen se conoce como gen H y puede ser H o h. Cuando se descubrieron los grupos sanguíneos se vio que había diferencias raciales lo que era útil para saber quién era hijo de quién (fenotipo Bombay). Una serie alélica más numerosa concierne al color de pelaje de los conejos. Los alelos de esta serie son C (color total, negro), cch (Chinchilla, color gris), ch (Himalaya, albino con extremidades negras) y c (albino); que dependen de una serie alélica que puede estar dada por un sistema de dominancia donde: color total o color negro, domina a Chinchilla; Chinchilla domina a Himalaya, y albino no domina a nadie, de manera que las proporciones fenotípicas, por ejemplo, cuando cruzo color total con Chinchilla, su F1 va a ser 100% negro. Si queremos saber el alelo dominante de una serie alélica, debemos aplicar un test de alelismo (similar al cruzamiento de prueba), observando las proporciones mendelianas de una F2 de un monohíbrido para todos los cruzamientos de pares de líneas puras. Alelos Letales En 1904 se realizó un cruzamiento entre ratones de pelaje gris con ratones de pelaje amari-llo. Los investigadores pensaron que si un gris se cruza con un amarillo y el amarillo es recesivo, y como se supone que trabajarían con líneas puras, encontrarían una proporción de 1:1, y después al cruzar los heterocigotos obtendrían una proporción 3:1, pero eso no ocu~49~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología rrió. Entonces los ratones grises estaban endocriados, es decir, los ratones eran de línea pura, homocigotos y el pelaje gris era dominante, pero obtenían tanto amarillos como grises, entonces no estaba resultando el cruce porque parecía cruce de prueba. Surgió entonces una pregunta muy sensata: ¿Cuál es el genotipo de estos ratones? Primero debemos asignar símbolos a los genes, llamaremos Y al amarillo e y al gris. De lo anterior se infiere que el genotipo de los ratones grises debe ser yy. Pero ¿cuál es el genotipo de los ratones amarillos? Si los ratones amarillos fueran homocigotas no obtendríamos ratones grises en la F1. Entonces el genotipo debe ser heterocigotos Yy. Para salir de dudas, se realizó un cruzamiento entre dos ratones amarillos. En un cruzamiento heterocigoto Yy x Yy lo normal sería encontrar 3 amarillos: 1 gris. El resultado, contra todo pronóstico, fue de una proporción de 2 amarillos a 1 gris. ¿Podría ser que algún genotipo esté ausente en la descendencia? ¿Cómo podemos conocer el genotipo de los ratones amarillos obtenidos en este cruzamiento? Por un cruzamiento de prueba. Todos los cruzamientos de prueba con los ratones amarillos dan una proporción 1:1 que coincide con la progenie esperada para los individuos heterocigotos. Entonces los ratones amarillos obtenidos son todos heterocigotos. Por alguna razón el genotipo YY está ausente, probablemente sea letal. La proporción 2:1 es típica de un gen letal, gen que produce la muerte de un individuo. Existen genes letales en la especie humana. El caso más conocido es la enfermedad de Tay-Sachs, una enfermedad autosómica recesiva, producida por almacenaje y sobrecarga en el organismo de gangliósidos (un tipo de mucolípidos del grupo de los glucoesfingolípidos) en el cerebro y otros órganos. Provoca el deterioro progresivo del sistema nervioso central por deficiencia de la isoenzima A de la hexosaminidasa. La prevalencia es de 1/3.500-4.000 nacimientos, en los judíos Askenazis se eleva a 1/30, lo que obliga a la detección precoz al nacer. Los recién nacidos afectados son normales hasta los cinco meses de edad, en que presentan hiperacusia, ceguera progresiva con mancha rojo cereza al fondo de ojo, macrocefalia, convulsiones desde los dos años, y fallecen alrededor de los cuatro años. El gen de la Hexosaminidasa A se ubica en 15q23-q24. Los heterocigotos portadores tienen niveles más bajos de la isoenzima, pero son normales. Actualmente somos capaces de ver la expresión de ese alelo letal porque gracias a los avances en medicina estos niños viven algunos años cuando hasta hace un siglo atrás fallecían a los 5 meses. Algunos autores sostienen que los alelos letales producen la muerte del individuo, independiente del tipo de homocigosis, pudiendo ser dominante o recesivo. Pleiotropía Un mismo gen expresa distintos fenotipos, de manera que un mismo gen puede expresar un fenotipo en la punta del pie, en la conducta, en el pelo, en la secreción de ácidos; el mismo gen participa en todas esas partes lo cual a veces nos hace pensar que son fenotipos distintos y no forman parte de un englobamiento fenotípico. Un ejemplo de esto es el factor de crecimiento de receptores de fibroblastos 2, un gen que determina el cierre y crecimiento craneal, entre otras cosas. Cuando este gen muta se produce el síndrome de Apert: •Enfermedad autosómica dominante de penetrancia incompleta. •Craniosinostosis, o cierre defectuoso en las suturas craneales (sinostosis coronal bila~50~

Capítulo 5 | Genética Mendeliana I teral, braquicefalia). •Fontanelas amplias, alargadas, de cierre tardío. •Cara aplanada. •Orbitas aplanadas y cortas con proptosis. •A nivel del SNC: anormalidades de los giros, sust. Blanca hipoplástica, sust. Gris heterotópica, agenesia del cuerpo calloso, ventriculomegalia e hidrocefalia. •Estenosis de coanas (frecuente), atresia (rara). •Paladar hendido, disfunción de la trompa de Eustaquio, OMC, úvula bífida, paladar arqueado. •Sordera de conducción. •Sindactilia (no se separan los dedos).

También existe el síndrome de Crouzon, causado por una mutación del mismo gen que causa el síndrome de Apert, pero en otro lugar. Algunas características son: •Enfermedad autosómica dominante. •Craniosinostosis (suturas coronal, sagital y lamboidea, braquicefalia). •Orbitas son aplanadas con proptosis. •Hipertelorismo y estrabismo. •Hipoplasia del maxilar. •Paladar hendido, úvula bífida. •Drenaje venoso anómalo e hidrocefalia. •Malformación de Chiari I en el 71,4%. •50% calcificación del ligamiento estilohioídeo. •40% con mal formaciones de columna cervical C2 a C5. •18% con malformaciones del codo. •10% con malformaciones menores de la mano.

Otro ejemplo es el síndrome de Pfeifer, producido por una alteración en el mismo gen:

•Enfermedad autosómica dominante. •Braquicefalia o sinostosis coronal bilateral. •Hipertelorismo ocular. •Sindactilia, acortamiento de primer y quinto dedo

Al comienzo del capítulo comentamos que cada alelo dominante se expresa siempre, pero ¿qué pasaría si no es así? La respuesta es sencilla: se expresaría el recesivo, pero no cambiarían las proporciones fenotípicas. En otras palabras, la frecuencia en la que un alelo dominante o recesivo manifiestan su acción en una población en la cual se espera que se manifieste (cuántos de los que tienen el genotipo lo expresan) es lo que se llama penetrancia incompleta, y existen una serie de enfermedades o rasgos que tienen penetrancia incompleta, por ejemplo la neurofibromatosis o la sindactilia, que son enfermedades donde uno podría esperar que, dado su carácter dominante, siguieran un patrón familiar, pero en la práctica no vemos que ocurra así. La frecuencia de la expresión de un alelo cuando está presente en el genotipo del organismo se expresa en porcentaje. Por ejemplo, si 9/10 de los individuos que llevan el alelo ~51~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología expresan la característica, se dice que ésta tiene el 90% de penetrancia. No todos los fenotipos que se expresan se manifiestan en el mismo grado. Para la polidactilia puede ocurrir un dedo suplementario en uno o más apéndices (manos o pies) y este dedo puede tener el tamaño normal o ser un muñón. Por lo tanto cuando el alelo P está presente se expresa de manera variable. ¿De qué depende la penetrancia incompleta? De la forma en que medimos el fenotipo. Por ejemplo, se tiene polidactilia axial cuando un individuo posee más de 5 dedos en un miembro. Una persona puede creer que es normal porque cuenta 5 dedos, pero en su interior puede tener más huesos, y por lo tanto tener la polidactilia axial. En ese caso la penetrancia incompleta depende del fenotipo a simple vista o bien, del radiológico. Genética Mendeliana: Interacción Génica El fenotipo depende de la expresión de varios genes o grupos de genes, pero generalmente estos genes pueden estar modificados por otros, dando como resultado dos tipos de interacciones: interacciones epistáticas e interacciones no-epistáticas. Epistasis La epistasis es un tipo de interacción entre genes ubicados en distintos loci de un mismo cromosoma, en donde un gen puede enmascarar o suprimir la expresión de otro. El efecto epistático no es alélico, por lo que es opuesto a la relación de dominancia y puede deberse a la presencia de un par de genes recesivos homocigóticos o de un alelo dominante que se confronta a la expresión de otro gen dominante.

Estos hallazgos surgen a través de los estudios de Bateson y Punnet a mediados del siglo XIX, quienes analizaron la cresta de distintas razas de pollos de aquella época: raza Wyandotte de cresta rosa (y que está regulado por un gen dominante y otro recesivo), raza Brahma, provenientes de la India y que tienen la cresta en chícharo, y la raza Leghorns, que tienen un cresta simple. Los científicos se preguntaron la forma en que se modifican o heredan los genes, por lo que cruzaron una raza Wyandotte con una raza Brahma (de líneas Figura 4. Cruce entre raza Wyandotte con raza puras, ambos dominantes), esperando que una línea Brahma, resultando un fenotipo nuevo: cresta en forma de nuez. dominara, pero en el fenotipo F1 observaron en todos los pollos una cresta en forma de nuez, una variante completamente nueva (figura 4). Luego cruzaron la F1 y obtuvieron la proporción: 9 en nuez : 3 en rosa : 3 en chícharo : 1 simple, de donde a simple vista se observa la aparición de dos fenotipos nuevos (figura 5). Se podría pensar en una serie alélica, pero en una serie alélica hay uno que domina sobre el otro, pero en ningún caso se expresan los cuatro fenotipos. ¿Cómo explicaron eso? El dato más importante se encuentra en los resultados observados en la F2, que resultan compatibles para un cruzamiento dihíbrido, con lo cual se puede inferir que dos genes son responsables de la forma de la cresta. Luego pensaron que, como la ~52~

Capítulo 5 | Genética Mendeliana I cresta en forma de nuez es el fenotipo más frecuente, debía ser dominante, entonces llamaron R_ a nuez y P_ al gen con función desconocida. Rosa tenía que ser por lo tanto R_ (porque ya sabían que era dominante) y tenían que tener doble recesivo pp, el chícharo tenía que ser dominante en el otro gen por una cosa de convención rrP_ y el normal (o simple) tenía que ser recesivo para todo rrpp, porque sabían esto en el cruce de plantas. Posteriormente se demostró que se encontraban con un ejemplo de interacción génica, fenómeno que se produce cuando varios genes contribuyen al mismo fenotipo. Figura 5. El cruce entre pollos con cresta de nuez Los genotipos iniciales de los progenitores entrega una F2 con proporciones de cruzamiento eran rosa RRpp y chícharo rrPP, eran homodomi-nandihíbrido. tes para uno y homocigotos para otro por lo que el cruzamiento inicial dio 100% heterocigotos para ambos genes, tal como se muestra en la figura 4. Con los años se han reconocido distintos tipos de interacciones epistáticas, cada una con proporciones fenotípicas características, lo cual facilita su reconocimiento. En este capítulo tratare-mos la epistasis simple dominante (12:3:1), simple recesiva (9:3:4), doble dominante (15:1), doble dominante y recesiva (13:3), y doble recesiva (9:7). Además trataremos las interacciones no-epistáticas (9:6:1). Epistasis Simple Dominante (12:3:1)

Cuando el alelo dominante A, es capaz de expresarse y producir un fenotipo independientemente de la condición alélica B o b (esto es, enmascarando la expresión del alelo B), nos vemos en presencia de una epistasis simple dominante. Sólo cuando el genotipo de un individuo es homocigoto recesivo para el locus epistático aa predominan el B o b, por eso las proporciones de Figura 6. Ruta metabólica de la epistasis simple dominante. los genotipos A_B_ y A_bb, producen el mismo fenotipo (dominante). Dada esta particularidad genética, las proporciones fenotípicas mendelianas clásicas 9:3:3:1 se modifican, produciéndose tres fenotipos en una proporción 12:3:1, característica de éste tipo de epistasis. Por ejemplo, en el fruto del zapallo o calabaza de verano (figura 6), la presencia de color es recesivo con respecto de la carencia de color (sin color o blanco) en un par alélico. ~53~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Éste alelo recesivo (de color) debe expresarse antes de que cualquier alelo para un color específico en un segundo locus se exprese. En el primer locus, el zapallo blanco (sin color) es dominante sobre el zapallo de color. Sus símbolos son: A=blanco, a=coloreado. En el segundo locus, el color amarillo es dominante sobre el color verde y sus símbolos son: B=amarillo, b=verde. Como ya explicamos para este caso, si el di-híbrido se auto-fecunda, se producirán tres fenotipos en una proporción 12:3:1

Epistasis Simple Recesiva (9:3:4) Si un alelo recesivo de un locus (por ejemplo aa) suprime (o enmascara) la expresión de otro locus (B ó b), se dice que el locus A muestra una epistasis simple recesiva sobre el locus B. Se debe mencionar que solamente es epistático cuando está en su forma homocigota recesiva. Los genotipos aaBb y aabb presentan un mismo fenotipo. A_B_ y A_bb producen dos fenotipos adicionales, cambiando Figura 7. Ruta metabólica de la epistasis simple recesiva. el número de clases de fenotipos de 4 a 3 y la proporción 9:3:3:1 en 9:3:4. El ejemplo clásico lo da el color del pelaje en los ratones, agutí (gris), albino, y negro. En el cruzamiento de agutí (AACC), con albinos (aacc), nos da una F1 de 100% agutí (AaCc). El cruce de ratones agutí heterocigotos nos entrega una descendencia de 9 agutíes, 3 negros y 4 albinos (figura 7). De acuerdo a la ruta metabólica, el gen A en su versión dominante determina el paso de la sustancia incolora al pigmento negro, el gen B en su versión dominante determina el patrón agutí. Cuando el gen b es recesivo no vamos a tener patrón Agutí y nos quedamos en negro, por eso es bb.

Epistasis Doble Dominante (15:1) La proporción clásica 9:3:3:1 se va a modificar a 15:1, porque aquí la expresión del fenotipo final depende de la presencia de dos dominantes: cualquiera de los dos que sea dominante determina que la expresión final sea el fenotipo que buscamos, debido a que ambos expresan el mismo fenotipo por separado (figura 8).

Figura 8. Ruta metabólica de la epistasis doble dominante.

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Capítulo 5 | Genética Mendeliana I En el ejemplo, puede haber una forma ovalada y triangular. Al cruzar ambos triangulares heterocigotos (AaBb) se obtienen 15 triangulares y 1 ovalado. La vía metabólica es una secuencia en paralelo, es decir, basta que cualquiera de los dos genes de exprese para que el fruto sea triangular, una vía metabólica lleva a triangular y la otra vía metabólica lleva a triangular. Entonces cualquiera que tenga una forma dominante (A ó B) va a ser triangular y solamente el doble recesivo (aabb) expresa el otro fenotipo. Epistasis Doble Dominante y Recesiva (13:3)

El alelo de un locus dominante A, y el recesivo de otro locus b suprimen la acción de los otros alelos. Por ejemplo, el color del plumaje de las gallinas (figura 9), está determinado por un locus A,a que inhibe la pigmentación, y otro locus B,b que controla la expresión de pigmentos. Si se expresa el alelo A, el plumaje es blanco, pero en su ausencia, la presencia del alelo recesivo b también deterFigura 9. Ruta metabólica de la epistasis doble dominante y recesiva. mina el color blanco de plumaje, ¿cómo ocurre esto? El gen precursor es una sustancia incolora, el gen A inhibe la expresión del gen B, productor de la forma pigmentada, por lo que las formas dominantes A junto a las formas recesivas dobles expresan siempre el mismo fenotipo (en este caso, plumaje color blanco), por la vía metabólica explicada, dando finalmente la proporción 13:3. Epistasis Doble Recesiva (9:7)

Con el fin de que se exprese un determinado fenotipo, es necesaria la presencia simultánea de ambos alelos dominantes A y B, ya que son genes complementarios. En la figura 10, para que el color de las flores del guisante dulce sea púrpura, se necesita la expresión del gen heterocigoto dominante A_B_, de lo contrario, serán todas blancas. Es decir, si se expresa al menos una forma recesiva, el fenotipo dominante no será expresado, siendo la proporción fenotípica 9:7.

Figura 10. Ruta metabólica de la epistasis doble recesiva.

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Figura 11. Cuadro resumen de epistasias.

Interacciones No Epistáticas Aquí tenemos la aparición de un nuevo fenotipo, producto de la interacción entre sí de dos genes. En este caso, son genes que actúan en vías metabólicas distintas cuyo efecto se suma (genes aditivos), produciendo un fenotipo final. La forma de la calabaza de verano está controlada por la expresión de dos genes (figura 12). En este caso tienen que estar ambos genes en su forma dominante para que se dé la forma de disco; si uno de los dos está en su forma dominante y el otro en forma recesiva va a tener forma de esfera, y si se expresan ambos recesivos, la calabaza va a tener forma alargada. Las proporciones se modifican por 9:6:1 (genes Figura 12. Ruta metabólica de la interacción no epistática. aditivos o genes duplicados con efectos acumulativos).

Genes Modificadores Son los que mayoritariamente se ven en la especie humana. En lugar de enmascarar el efecto de un gen, lo modula. En el ratón, el color del pelaje está controlado por el gen N. El alelo dominante N determina el color negro, mientras que el alelo n produce color marrón. La intensidad del color, negro o marrón, se encuentra controlada por el gen I. En este gen, el alelo dominante I controla el color completo (o fuerte) mientras que el alelo recesivo i establece la expresión diluida o suave del color determinado por el gen N o n. Si cruzamos ratones heterocigotos NnIi, observaremos la siguiente distribución fenotípica: 9 negros (N_I_), 3 negro diluido (N_ii), 3 marrones (nnI_), y 1 marrón diluido (nnii). De esto, podemos concluir que el gen I no enmascara el efecto del gen N, sólo modula su expresión, por lo que en términos generales, los genes modificadores son aquellos genes que tienen efectos cuantitativos pequeños sobre la expresión de otro gen. ~56~

Capítulo 5 | Genética Mendeliana I

Lectura recomendada

•Las leyes de Mendel desde 1865 hasta hoy”. Boletín electrónico de la sociedad española de genética. Febrero 2004. •Klug, Cummings, Spencer. 2006. “Conceptos de Genética”. . Editorial Prentice Hall, 8va edi-ción, España. Capítulos 3 y 4.

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CAPITULO

M

Genética Mendeliana II

uchas de las enfermedades genéticas importantes y bien conocidas son consecuencia de la mutación en un único gen. Tal es la importancia de esto que en el OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) se registran más de 11.000 rasgos producidos por un gen único o monogénicos. Hay 28.000 genes estimados, de los cuales 11.000 genes son conocidos y existe una enfermedad genética descrita para cada uno de esos 11 mil genes; de éstas aproximadamente 550 ubicadas en los cromosomas X e Y, el resto se encuentran en los autosomas. Además, muchos de estos genes ya han sido clonados, mapeados y secuenciados. La proporción y/o aparición de la enfermedades genéticas aumenta con la edad de los progenitores, pero principalmente con la edad paterna (se considera un padre genéticamente añoso por sobre los 64 años). Un aumento de la edad materna (se considera una madre genéticamente añosa sobre los 35 años) determina, por ejemplo, la aparición de aneuploidías por no disyunción.

Genealogías

Para determinar el patrón de herencia entre los humanos se utiliza la genealogía, que en genética está estan-darizada de la siguiente manera:

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Herencia Autosómica Dominante

Cuando un gen presenta una mutación que se expresa en los heterocigotos, sin im-portar el estado del otro alelo, se dice que es Dominante (figura 1). Existen actualmente más de 4.400 rasgos autosómicos dominantes y la mayoría de estos corresponden a enfermedades. Por separado, las enfermedades autosómicas son bastante raras en la población; las más habituales tienen frecuencias alélicas de aproximadamente 0.001, por lo que cruzamientos entre dos individuos afectados por la misma enfermedad autosómica dominante son bastante infrecuentes.

Figura 1. Tablero de Punnet que muestra la herencia autosomica dominante.

Características de la herencia autosómica dominante: 1. El carácter se manifiesta en los heterocigotos y homocigotos dominantes. 2. El carácter aparece en todas las generaciones. 3. Se trasmite siempre de un individuo afectado: transmisión vertical (figura 2). Un afectado es hijo de otro afectado, excepto en la mutación de novo (cuando se es la primera manifestación de la enfermedad en la familia) o cuando hay fenotipidad variable (por ejemplo: polidactilia, que en algunas generaciones no se aprecia a simple vista, pero sí por radiografías). 4. Mujeres y hombres están afectados en igual proporción. 5. El individuo afectado tiene un riesgo de un 50% de transmitir el carácter a su descendencia. (asumiendo que el afectado es siempre un heterocigoto).

Ejemplos de enfermedades de herencia autosómica dominante: Acondroplasia, porfiria variegata, polidactilia postaxial, fibrodisplasia osificante progresiva.

Figura 2. Genealogia caracteristica de herencia autosomica dominante. La figura en color indica el individuo afectado.

Herencia Autosómica Recesiva

Cuando un gen presenta una mutación que se expresa fenotípicamente sólo en los homocigotos, se trata de un gen recesivo. En este tipo de herencia los heterocigotos son portadores sanos (figura 3). ~60~

Capítulo 6 | Genética Mendeliana II: Enfermedades monogénicas con patrón mendeliano Las frecuencias alélicas para los genes con herencia recesiva son más altas que para los genes dominantes, gracias a la condición de los heterocigotos, por ejemplo, la ataxia telangectasia, con una incidencia de entre 1:40.000 a 1:100.000, pero con una frecuencia de heterocigotos de 1:300.

Características de la herencia autosómica recesiva: 1.Se expresa en estado de homocigoto. 2.Los afectados son hijos de padres sanos portadores: Figura 3. Tablero de Punnet que muestra la transmisión horizontal (figura 4). herencia autosomica recesiva. 3.Afecta a ambos sexos por igual. 4.En la frecuencia familiar existe un riesgo de un 25% de recurrencia. Sin embargo, al considerar un grupo grande de familias la proporción de sanos/afectados es de 3:1. 5.Es habitual antecedentes de consanguinidad o de endogamia.

Ejemplos de enfermedades de herencia autosómica recesiva: Albinismo oculocutáneo, Fenilcetonuria.

Figura 4. Genealogía de una condición con herencia autosómica recesiva.

Estudio integral de un paciente con una enfermedad autosómica recesiva 1.Diagnóstico correcto. 2.Manejo terapéutico. 3.Asesoramiento Genético.

Detección de heterocigotos

Por lo general el primer indicio de la condición de heterocigoto de una persona es el nacimiento de un hijo afectado por una enfermedad recesiva (panmixia). En ciertas poblaciones con altos niveles de endogamia y consanguinidad, resulta muy útil poder identificar a los heterocigotos. En el caso de los errores innatos del metabolismo, donde la falla es por un defecto enzimático, es posible detectar los niveles del metabolito disminuido, pero sin manifestación clínica (efecto de dosis). ~61~


Enfermedad de Tay-Sachs La prevalencia es de 1/3.500-4.000 nacimientos, en los judíos Askenazis se eleva a 1/30. Los heterocigotos portadores tienen niveles más bajos de la isoenzima afectada, pero son normales. En EEUU existe un programa de detección de heterocigotos en este grupo étnico, gracias al cual el número de nacimientos ha descendido en un 90%, desde más de 50 a mitad del siglo XX a 3 al año actualmente.

Directrices oficiales para la detección de heterocigotos en EEUU 1.Detección voluntaria, asegurando confidencialidad. 2.Consentimiento informado. 3.Los prestadores de servicios de detección selectiva tienen la obligación de asegurar que haya una instrucción y un asesoramiento incluidos en el programa. 4.Control de calidad en todos los procesos asociados a la prueba. 5.El acceso al estudio debe ser equitativo.

Detección de los homocigotos afectados: Tamizaje Neonatal Objetivos: 1.Evitar al mínimo lesiones irreversibles. 2.Impedir retrasos en el diagnóstico. 3.Aminorar o evitar el contacto con ambientes precipitantes. 4.Ofrecer asesoramiento a los padres acerca del riesgo de recurrencia. (en este caso sería 1/4 por ser enfermedad de carácter recesivo).

Programas de pesquisa neonatal

En el mundo se inician con el Dr. Robert Guthrie que descubrió la técnica para la detección neo-natal de Fenilcetonuria. En Latinoamérica sólo Cuba, Costa Rica, Puerto Rico, Uruguay y Chile tienen programas con coberturas cercanas al 100%. En Chile partió como programa piloto en 1984, y en 9 años alcanzo una cobertura de un 95%. Este programa en Chile se utiliza principalmente para el screening de la Fenilcetonuria (PKU) y el Hipotiroidismo.

Lectura recomendada

• Klug, Cummings, Spencer. 2006. “Conceptos de Genética”. . Editorial Prentice Hall, 8va edición, España. Capítulos 3 y 4.

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Herencia no tradicional

os alelos, según Mendel, no importaban de cuál progenitor venían porque de igual manera tendríamos una copia de cada uno, por lo tanto, existiría una compensación, ahora se sabe que eso no es un hecho cierto. En la mayor parte de los genes da lo mismo de donde provenga el gen, si es de la madre o del padre, pero en algunos momentos de la vida o del desarrollo se segregan de forma diferencial, sí importando de donde provengan.

Mecanismos no clásicos de herencia: - Impronta (“Imprinting”) genómica - Disomía uniparental - Anticipación - Mosaicismo - Herencia mitocondrial Impronta genómica

En el momento de la concepción, cada padre contribuye con una copia de cada gen autosómico a su descendencia. En la mayoría de los casos, la expresión de estos genes es indiferente al origen parental. Sin embargo, los genes improntados son especiales en cuanto a que están sujetos a una forma de control epigenético que está mediado por la marcación química del ADN y proteínas asociadas. Esto conduce a la expresión selectiva de uno de los dos alelos, dependiendo de si pasan a través del óvulo o la esperma.

La impronta genómica supone modificaciones específicas en la línea germinal que producen diferencias de expresión del material genético, correspondiendo por tanto, a la expresión diferente que tienen diversos genes según la procedencia materna o paterna. Acá las contribuciones materna y paterna no son funcionalmente idénticas al menos para varias regiones genómicas, por lo que se necesita contribución de ambos progenitores para que exista un desarrollo y función celular normal. Lo que ocurre es que estos genes no se expresan desde sus dos alelos (materno y paterno), sino que se expresan en sólo un alelo y el otro no se transcribe, a estos últimos se les dice que están marcados (Improntados).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Modificaciones epigenéticas La impronta se asocia a modificaciones epigenéticas del ADN, el cual, no supone cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN en esos genes, sino en la estructura del ADN por la metilación en los dinucleótidos CpG generando una estructura cromatínica más compacta que inhibe la transcripción. La metilación es heredable pero se puede borrar. La impronta se establece durante la gametogénesis, en óvulos y en espermatozoides maduros.

Estos genes no cumplen los postulados de Mendel: - No contribuyen por igual al fenotipo de la descendencia al funcionar de forma diferente según provenga de la progenitora o del progenitor. - Uno de los dos alelos, el materno o el paterno, no se expresa o lo hace muy deficientemente.

Pruebas de la impronta A través de experimentos de transplante pronuclear en ratones se ha obtenido evidencia sobre la existencia de la impronta. - Embriones androgenéticos: se fusionan dos pronúcleos masculinos. Se obtiene un desarrollo embrionario disminuido y gran desarrollo de la placenta. - Embriones ginogenéticos: se fusionan dos pronúcleos femeninos. Se obtiene un crecimiento normal de los embriones y desarrollo trofoblástico atrofiado (placenta atrofiada). - Triploidías: No son viables. Se ha visto que no da lo mismo si un individuo es 69 XXY o 69 XYY. • Dos maternos y un paterno (XXY): Parecido con los ginogenontes. • Un materno y dos paternos (XYY): Parecido a un androgenontes, el exceso de placenta forma un tipo de tumor llamado “mola hidatiforme”

Teorías del origen de la impronta. La teoría más aceptada es la de lucha o conflicto de sexos (Teoría de Haig): sugiere que la impronta apareció en especies en las que puede existir más de un padre para una concepción simultánea en una madre. Lo postula como un mecanismo para resolver una lucha de poderes entre los genes paternos que intentan que su descendencia sea la favorecida respecto a la de otros padres, mientras que los genes maternos pretenden ser equitativos entre toda la prole y actúan como represores de crecimiento.

Otras teorías: - Compensación de dosis génica (Iwasa 1998): Existen genes que determinan la conducta y que son modulados según el sexo. - Desarrollo placentario: La impronta en los mamíferos ocurre gracias a la placenta.

Características de los genes Improntados. - Cerca del 80% se hallan agrupados en diferentes zonas cromosómicas. - Replicación asincrónica, primero se replica el gen con actividad transcripcional y luego el metilado. - Regulación temporal y espacial, son tejido y tiempo específico. - Son genes conservados desde el punto de vista evolutivo. Todos los mamíferos tenemos los mismos genes Improntados. ~64~

Capítulo 7 | Herencia no tradicional -

Codifican para productos que se transcriben.

Mecanismos de la impronta genética.

- Las células somáticas de varones y mujeres contienen los cromosomas con impronta materna y paterna. - En los gametos, la impronta cambia de acuerdo a la siguiente regla: en los hijos varones, la impronta materna se transforma en impronta masculina en todos los espermatozoides, y en los descendientes femeninos, la impronta paterna se transforma en impronta materna en todos los óvulos. Este mecanismo es regulado por el centro de impronta.

Condiciones: - Debe ocurrir antes de la fecundación. - Debe conferir aislamiento transcripcional. - Se debe transmitir en forma estable a través de la mitosis. - Reversible en la línea germinal (meiosis).

Se postula que en algún momento de la gametogénesis, antes de que ocurra el crossing-over, vienen metilasas que van apagando el genoma. Aún no se sabe cómo es que la metilasa sabe si silenciar a la impronta materna o paterna.

La metiltransferasa (Dnmt1) reconoce las islas CpG hemimetiladas y adosa grupos metilos a la citosina en la hebra naciente de DNA, para la replicación del patrón parental. Se piensa que ese es el mecanismo en que se mantiene la impronta.

Figura 1. Mecanismo de inactivación y mantención del alelo improntado. La figura ilustra un par de alelos impron tados, en donde además se puede observar una sus características que son las islas CpG. Se destacan los cambios epigenéticos aleloespecífico que pueden ser la condensación de los nucleosomas por desacetilación y metilación (alelo 1) o relajación de la cromatina mediante acetilación y desmetilación (alelo 2), en este último la unión del complejo de transcripción permite transcribir la información. Nature Reviews Genetics. (2001) , 2, 21-32.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Enfermedades genéticas

El Síndrome de Prader Willi y Síndrome de Angelman son los ejemplos típicos de impronta genómica y se producen por alteraciones en una de las regiones cromosómicas en las que se han detectado genes “improntados”, ambos en la misma región del cromosoma 15q11-q13.

• Síndrome Prader Willi Es un trastorno congénito y poco común. Ocurre por pérdida o inactivación de los genes de la región 15q11-q13 heredados del padre por deleción, mutación o alteración de su patrón de metilación.

Características: - Retardo del crecimiento intrauterino (RCIU) - Hipotermia o hipotonía neonatal grave - Arreflexia - Hipoplasia gonadal - Hiperfagia - Obesidad mórbida - Retraso mental - Facie característica

Imagen 1. Síndrome de Prader Willi (SPW). European Journal of Human Genetics (2009) 17, 3–13

• Síndrome Angelman Pérdida de la aportación materna por deleción, disomía uniparental paterna, defectos de impronta, mutaciones puntuales como del gen UBE3A.

Características: - Retraso mental grave - Trastornos del lenguaje - Convulsiones - Ataxia - Aleteo de brazos - Risa paroxística - Apariencia feliz, sonriente.

Imagen 2. Síndrome Angelman (SA). J Med Genet 2003;40:87–95

Causas de los Síndromes de Prader Willi y Síndrome de Angelman En el Síndrome de Prader Willi (SPW) y síndrome de Angelman (SA) los genes se pierden en el 65-75% de los casos por una microdeleción. En otras ocasiones la ausencia de esos genes puede ser por una UPD, materna en aproximadamente 25% en los pacientes con SPW y paterna del 1-5% de los SA. En otros pacientes que no presentan ni microdeleciones ni UPD, se han observado patrones de metilación alterados y se piensa que podrían ser causados por mutaciones en un centro de “improntación” (CI), que controla el borrado de la impronta en las células germinales para los genes con impronta genómica en la región 15q11-q13. Un 15-25% de los SA se cree que son debido a mutaciones en el gen responsable del síndrome (UBEA3). ~66~

Capítulo 7 | Herencia no tradicional

Figura 2. Causas genéticas del Síndrome de Prader Willi (a) y del Síndrome de Angelman (b) y la incidencia de cada una de las etiologías. Se observa el par de cromosomas 15 de origen materno (gris claro) y de origen paterno (gris oscuro). La región cromosómica afectada se marca con rayas. REV NEUROL 2006; 42 (Supl 1): S61-S67

Disomía Uniparental (UPD)

Se produce cuando un individuo hereda dos copias del mismo cromosoma o región cromosómica de un solo padre. - Ocurre a partir de conceptus trisómicos que en un proceso mitótico que elimina uno de los cromosomas, quedándose con 2 copias del mismo padre. - Ocurre durante la formación del ovocito o célula espermática o en el desarrollo temprano del zigoto. - Sólo se afectan los genes sometidos a impronta y los genes con mutaciones recesivas.

Heterodisomía: Presencia de los dos cromosomas homólogos de sólo uno de los progenitores. Ocurre por un defecto en la meiosis I.

Isodisomía u Homodisomía: Presencia del mismo cromosoma por duplicado. Ocurre por un error en la meiosis II o en la duplicación post-zigóticas.

Puede dar lugar a un fenotipo anormal cuando los cromosomas llevan impronta pudiendo resultar en la perdida de la función del gen.

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Figura 3. Disomía Uniparental (UPD). Se observan los pares de cromosomas paternos y maternos, con la posible combinacion normal y la formación de heterodisomía e Isodisomía lo cual da lugar a un fenotipo anormal cuando los cromosomas implicados llevan impronta. Trends Endocrinol Metab. 2000 Sep;11(7):270-5.

Disomía Uniparental en Humanos • Síndrome de Prader Willi (UPD15 materno) • Síndrome de Angelman (UPD15 paterno) • Diabetes mellitus neonatal transitoria (UPD 6 paterno) • Síndrome de Russel_Silver (UPD7 materno) • Síndrome de Beckwith-Wiedeman (UPD11 materno) • Síndrome de MUPD14 (UPD14 materno)

Anticipación Génica

Fenómeno característico de ciertas enfermedades que se deben a la expansión excesiva de tripletes de la secuencia de ADN. Tenemos un número normal de repeticiones y cuando estas comienzan a aumentar después de sucesivas divisiones celulares (especialmente en la gametogénesis) generan un grupo diverso de patologías que se presentan con degeneración neuronal y muscular. Mientras mayor es el número de repeticiones del triplete, más severa es la sintomatología y se manifiesta a menor edad (anticipación).

Patologías • Distrofia miotónica: Corresponde al síndrome más clásico de anticipación, es autosómica dominante caracterizado por atrofia muscular, arritmias, atrofia testicular, cataratas. Su defecto genético corresponde a una hiperrepetición del triplete CTG en el cromosoma 19. • Síndrome del X frágil: Repeticiones del triplete CGG. • Enfermedad de Huntington: Repeticiones del triplete CAG en el cromosoma 4. • Enfermedad de Kennedy. • Psicosis maniacodepresivas. • Esquizofrenia. ~68~

Capítulo 7 | Herencia no tradicional Mosaicismo

Individuo formado por más de una población celular con carga genética distinta debido a al teraciones que pueden ir desde la mutación puntual en un gen, al cambio estructural o numérico de todo un cromosoma, acontecida después de la formación del cigoto (Figura 4).

Existen dos tipos de mosaicismo: 1. Mosaicismo de línea germinal: anteriormente denominado mosaicismo gonadal. Mutación limitada a una porción de las células germinales. La mutación se puede transmitir a los descendientes. 2. Mosaicismo Somático: Coexistencia de líneas celulares normales y anormales en un mismo individuo (pueden afectar o no a la línea germinal). La mutación no se puede transmitir a los descendientes, a menos que esté presente en la línea germinal.

Ejemplo: 46 XX (en un 92% de sus células) / 45 X0 (8%), es decir, es un mosaico de Turner.No tiene por qué ser de un cromosoma, puede ser sólo de unos genes, por ejemplo los genes del color de la piel que pueden heredar los dos tonos (personas que parecen como tigre), o mosaicismo en ADN mitocondrial.

Figura 4. Representación de un mosaicismo somático para trastornos mitocondriales que resulta de la segregación aleatoria de mitocondrias wild-type y mutantes durante la mitosis, lo cual produce células hijas con proporciones diferentes de mutaciones mitocondriales. Nature Reviews Genetics 3,748-758 (October 2002).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Quimera

Una quimera es un organismo cuyas células derivan de dos o más cigotos distintos resultado del cruce de dos individuos de una misma especie o diferente. Como resultado, la quimera tiene células con diferentes genes.

Figura 5. Quimera. Dos cigotos distintos, que estaban destinados a ser mellizos, se fusionan resultando un organismo con genomas distintos.

- Fusión ♂- ♂ o ♀-♀: puede pasar desapercibida - Fusión ♂-♀ o ♀-♂: hermafroditismo verdadero

Tanto una quimera como un individuo con mosaicismo poseen células con distinto ADN. Por esto, suelen utilizarse ambos términos como sinónimos. Sin embargo, hay que distinguirlos porque son de causa diferente. En el mosaicismo se produce una mutación o un fallo en la división celular de un sólo embrión mientras que las quimeras derivan de dos o más embriones.

Herencia Mitocondrial

Mitocondrias Organelos citoplasmáticos con doble membrana y su propio ADN. Las células contienen entre 500 y 2000 mitocondrias, representando: • El 80% del volumen de las neuronas. • El 60% de las células musculares estriadas. • El 40% de las células miocárdicas.

Funciones • Producción de ATP. • Apoptosis. • Fosforilación oxidativa. • Ciclo de Krebs. • β-oxidación de Ácidos Grasos.

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Capítulo 7 | Herencia no tradicional • Detoxificación. • Biosíntesis de citocromos.

Genoma mitocondrial

- Molécula circular de doble hebra, 16.569 pb y codifica para 37 genes. - Genoma extranuclear (citoplasmático). - Herencia materna. - Cada mitocondria posee entre 2 a 10 moléculas de DNA. - Posee una tasa de mutación 17 veces superior al genoma nuclear, ya que se encuentra expuesto a muchos especies radiactivas de oxigeno (EROs) debido a las funciones de la mitocondria. - Se han descrito más de 150 mutaciones. - No contiene intrones, por lo que las mutaciones siempre afectan DNA codificantes. - Carece de Histonas y de un sistema efectivo de reparación. - Acumulación de mutaciones, contribuye al proceso de envejecimiento y desarrollo de trastornos neurodegenerativos. - Las mitocondrias son capaces de replicar, transcribir y traducir su DNA en forma independiente del resto del genoma. - La mayoría de las proteínas mitocondriales son codificadas por genes nucleares, sintetizadas en el citosol e importadas a la mitocondria.

Enfermedades Mitocondriales

Las enfermedades originadas por daños en el genoma mitocondrial tienen en común el estar producidas por una deficiencia en la biosíntesis de ATP, ya que toda la información que contiene este DNA está dirigida a la síntesis de proteínas componentes del sistema Oxphos (Fosforilación oxidativa). Las manifestaciones de estas enfermedades son muy variadas y pueden afectar a todos los órganos y tejidos, ya que la síntesis de ATP se produce en todos ellos y a cualquier edad. Estas pueden presentar una serie de aspectos clínicos, morfológicos y bioquímicos muy concretos que dan lugar a síndromes bien caracterizados pero, en la mayor parte de los casos, principalmente en edad pediátrica, los síntomas son muy poco informativos y es sólo la presencia de anormalidades neurológicas, a veces acompañadas de aumento de ácido láctico y de otros síntomas clínicos secundarios que afectan a diversos órganos, lo que da alguna orientación en el diagnóstico de una enfermedad mitocondrial.

• Clasificación bioquímica de las enfermedades mitocondriales por defectos del metabolismo energético: ◦ Defectos de la oxidación de ácidos grasos ◦ Defectos del metabolismo del piruvato. - Déficit de piruvato carboxilasa (PC) - Déficit de piruvato deshidrogenasa (PDH) ◦ Defectos del ciclo de krebs ◦ Defectos en el acoplamiento oxidación-fosforilación ◦ Defectos de la cadena respiratoria ~71~


•

- Déficit de complejos I-V - Deficiencia primaria de coenzima Q10.

Clasificación genética de las enfermedades mitocondriales: ◦ Alteraciones del ADNmt. - Deleciones únicas (esporádicas) - Duplicaciones o duplicaciones/deleciones (herencia materna) - Mutaciones puntuales (herencia materna) ◦ Alteraciones del ADNn. - Alteraciones de los genes que codifican proteínas mitocondriales (Autosómico recesivo) - Alteraciones de la importación de proteínas mitocondriales (Autosómico recesivo) - Alteraciones en la comunicación intergenómica. • Deleciones múltiples del ADNmt (A. Dominante/ A. Recesivo) • Depleción de ADNmt (A. recesivo)

Enfermedades humanas debido a mutaciones en el ADNmt

• LHON: Neuropatía óptica heredidaria de Leber. se caracteriza por la pérdida bilateral de la visión central, originada por atrofia del nervio óptico. Aparece en la segunda o tercera década de la vida y afecta a más hombres que a mujeres. Aunque normalmente sólo la visión está afectada, hay casos en los que también aparecen trastornos en la conducción cardiaca, neuropatía periférica y ataxia cerebelar.

• MELAS: Síndrome de encefalomiopatía mitocondrial con acidosis láctica y episodios de accidentes cerebro-vasculares. Se trata de una encefalomiopatía mitocondrial, caracterizada por accidentes cerebrovasculares producidos a edad temprana que provocan una disfunción cerebral subaguda y cambios en la estructura cerebral, y por acidosis láctica. Estos caracteres suelen ir acompañados de convulsiones generalizadas, dolor de cabeza, sordera, demencia y, a veces, presenta fibras rojo-rasgadas.

• KSS: Síndrome de Kearns-Sayre. Este syndrome es una una enfermedad multisistémica progresiva caracterizada clinicamente por CPEO, retinopatía pigmentaria atípica, ataxia, miopatía mitocondrial, bloqueo de la conducción cardiaca, elevados niveles de proteína FCE (fluido cerebro espinal) , sordera y demencia. Aparece antes de los 20años de edad. Deleción de 5000 pares de bases del ADNmt.

• MERRF: Síndrome de epilepsia mioclónica con fibras rojo-rasgadas. Este síndrome de herencia materna, está caracterizado por epilepsia mioclónica, convulsiones generalizadas y miopatía con presencia de fibras rojorasgadas. Otros síntomas clínicos que pueden acompañar a los anteriores son demencia, sordera, neuropatía atrofia óptica, fallo respiratorio y cardiomiopatía. Aparece tanto en la infancia como en edad adulta y es de curso progresivo.

• NARP: Debilidad muscular neurogénica, ataxia, retinitis infecciosa, debilidad muscular, re~72~

Capítulo 7 | Herencia no tradicional traso en el desarrollo, neuropatía sensorial, convulsiones, demencia y retinopatía pigmentaria (disminución de la agudeza visual). Se ha asociado a un cambio Timina Guanina.

• MMC: Miopatía y cardiomiopatía con herencia materna.

• PEO: Oftalmoplejía externa progresiva.

Lectura Recomendada: M. Moreno García & E. Barreiro Miranda, (1998). Impronta genómica. Anales Españoles de Pediatría, 48(6), 567-574. L.A. Pérez Jurado (2004). Impronta genómica y endocrinología; Anales de Pediatría, 60(2); 49-54. L. Wilkinson, W. Davies, A. Isles (2007), Genomic Imprinting effects on brain development and function. Nature Reviews, Neuroscience, 8, 832 -843.

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8

CAPITULO

Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo

E

l sexo es un fenotipo y es el resultado casi exclusivamente de la dotación genética en el hombre. A diferencia del hombre, en otros animales el sexo puede ser influido fuertemente por factores ambientales, a esto se le llama “Determinación ambiental”.

Determinantes del sexo

Determinante Ambiental El caso más emblemático de este tipo de determinante es lo que sucede con los reptiles y anfibios, que dependiendo de donde ocurra su incubación en el período de desarrollo se determina el sexo.

• Determinación sexual en ciertos reptiles por temperatura. o Por ejemplo en las tortugas:

Huevos incubados a bajas temperaturas (menos de 28ºC) son machos. Huevos incubados a altas temperaturas (más de 30ºC) hembras. Huevos incubados a temperaturas medias (28 a 30ºC) machos y hembras. • Determinación por el lugar de desarrollo. o Ejemplo: gusano echiuroideo bonellia viridis. Si la larva se desarrolla sobre una roca: hembra. Si la larva se desarrolla en el interior de la hembra: macho.

Determinante Genético • Determinación por un solo locus. Chlamydomonas: sexos mt+ y mt-. Neurospora: sexos A y a. dependen de un gen con 2 alelos. En diploides el caso más simple sería el de un gen con 2 alelos: un sexo sería Aa y el otro aa. ~75~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología o Ejemplo en plantas: Ecballium elaterium, sexo determinado por un gen con 3 alelos. aD >a+>ad. ad ad, ad a+ masculino. a+ a+, a+ ad monoicos. ad ad femeninos.

• Haplo-diploidia (AA/A): Organismo que dependiendo de si son haploides o diploides determinan su sexo. o Patogénesis en abejas, hormigas, etc: macho haploide, hembra diploide. No todos los seres son unisexuales, existen hasta los penta-sexuales (raros, son plantas). • Por cromosomas sexuales.

1. Machos heterogaméticos. • Caso XY: típico de humanos y resto de mamíferos XX hembra, XY macho. Concepto de hemicigosis.

•

Caso X0: hemípteros-ortópteros.

2. •

Hembras heterogaméticas. Caso ZW: típico de aves, ZZ machos, ZW hembras.

•

Caso Z0.

En las aves es al revés de los mamíferos, la heterogamética (WZ) es la hembra, y el macho homogamético.

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Capítulo 8 | Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo Determinación del sexo: XX o XY

Figura 1. a) Al final de cada cromosoma humano X e Y hay regiones pseudoautosómicas (PAR), las cuales se recombinan durante la meiosis y por lo tanto contienen los mismos genes. La porción no pseudoautosómica del cromosoma X (NPX) y la porción específica masculina del cromosoma Y (MSY) no recombinan entre sí, y por lo tanto contienen genes que no son alelos. Las diferencias sexuales entre órganos XX y XY surgen por las diferencias en dosis de los genes NPX y MSY, y debido a que los femeninos heredan impronta paterna del cromosoma X (Xp) pero no los masculinos. b) Las diferencias sexuales también se crean debido a que los órganos XX son un mosaico de células que presentan diferentes alelos en los loci polimórficos del X, mientras que los órganos XY no son mosaicos por esta razón. Nature Reviews Neuroscience 5, 701-708 (September 2004)

¿Qué es lo que hace el XX y el XY para que en el desarrollo embrionario resulte un hombre o una mujer? Hay un gen que efectivamente está permitiendo o “favoreciendo” que el embrión tenga todas las características de un hombre, este es el gen SRY (sex determining region of Y chromosome), está codificado en la región del cromosoma Y. Este gen, es un gen maestro.

Genes maestros: genes que van a generar una cascada o una inducción que va a permitir la expresión de muchos genes más. En este caso, el SRY, va a permitir que se desencadene una serie de genes que van a permitir que el embrión finalmente sea hombre con todas sus características. Generalmente en los primeros estadios del desarrollo nosotros hablamos de genes maestros.

Si el gen SRY está presente, codifica una proteína que se une al ADN y permite la transcripción de genes necesarios para el desarrollo testicular y para la inhibición del desarrollo genital femenino • Testosterona: (DHT) produce desarrollo genital masculino. • MIS (hormona anti-Mülleriana): apoptosis sistema mülleriano. (g. Femenino)

En el cromosoma Yp11.3. (Brazo corto, region1, banda 1, sub-banda 3) se encuentra la región codificante de la proteína SRY, la cual: • Codifica una proteína de unión al ADN, de 204 aminoácidos. • Un solo exón, su región media está altamente conservada. • Estudios de expresión han detectado transcritos en todos los tejidos fetales de individuos ~77~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología masculinos y en el testículo adulto.

Evidencias que demuestran que el SRY codifica al factor determinante testicular: • Su sola presencia es suficiente para inducir la diferenciación testicular en humanos y ratones. • Su expresión en la cresta gonadal del ratón coincide con el inicio de la determinación testicular. • Induce la diferenciación testicular en ratones transgénicos XX a los que se les inserto el SRY. • Mujeres XY con SRY (-). (fenotipo femenino inconcluso, un solo X es infértil, como Turner). • Hombres XX con SRY (+): Un hombre XX, produce SRY, pero es infértil, porque uno de los genes de Y determina la motilidad testicular, por lo que se forman espermios, pero no se mueven.

El cromosoma Y aporta con pocos genes. Tales como SRY, el que codifica para los pelos de la nariz, oreja y el de la calvicie.

Esquema 1. Resumen de los eventos principales involucrados en la determinación del sexo. La presencia del gen SRY determina la diferenciación de las gónadas en genitales masculinos, mientras que su ausencia determina la diferenciación de los genitales femeninos.

Heterocromatinización del cromosoma X: Corpúsculo de Barr.

El cromosoma X tiene unos 1000 genes que no están presentes en el pequeño cromosoma Y. ~78~

Capítulo 8 | Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo Las hembras tienen el doble de copias de estos genes ligados al X y expresarían el doble de los transcritos de estos genes si no existiera un mecanismo para corregir este desequilibrio. Sin embargo, no tener un cromosoma Y no es un problema para las hembras, ya que los pocos genes que hay en este cromosoma sólo son necesarios para el desarrollo de los machos. Este desajuste se corrige mediante un proceso llamado compensación de dosis o Heterocromatinización del cromosoma X, que hace que, a pesar de esta diferencia, las células femeninas y masculinas tengan cantidades equivalentes de las proteínas codificadas por genes del cromosoma X. La compensación de dosis supera diferencias de sexo en la relación esperada de la dosis de genes autosómicos con la dosis de genes del cromosoma X.

En este proceso de compensación se formará un corpúsculo de Barr, que no es más que heterocromatina más condensada de lo normal.

En el caso de que existan más de 3 cromosomas X, se inactivaran todos menos uno (solo se verán 2 corpúsculos de Barr). Los corpúsculos Barr corresponden a X inactivo, el número de corpúsculos Barr = Xn - 1. El hecho de que un cromosoma X fuera silenciado fue estudiado por la Dra. Lyon, por lo que se le llama “Layonización” al proceso.

(1961) Mary Lyon: en hembras hay una compensación de la dosis por inactivación de un cromosoma X al azar en fases tempranas del desarrollo embrionario. Una vez inactivado un cromosoma X, permanece inactivo en las siguientes generaciones. Al suceder en etapas tempranas las hembras de los mamíferos son mosaicos para los loci heterocigotos ligados al X.

Cualquiera de los dos cromosomas X podría ser inactivado, tanto el que viene de la madre como el del padre. Al no existir direccionalidad en la selección de este, lo más probable es que su tejido sea un mosaico. Si tomamos un tejido de una hembra, nosotros vamos a encontrar que en ese conjunto de células, no en todas las células va a estar inactivado un determinado cromosoma X.

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Figura 2. Inactivación del cromosoma X. Se origina un tejido mosaico al existir inactivación del cromosoma X al azar en las células XX, inactivándose el X proveniente del padre en unas y el de la madreen otras células. El cromosoma inactivado esta subrayado.

pero, ¿porqué una mujer X0 no es normal? La inactivación del cromosoma X no es completa: 15% no se inactiva. Los cromosomas X e Y conservan regiones de homología (Figura 1).

Mecanismo de Inactivación

El proceso de inactivación del cromosoma X es complejo; en el inicio de la inactivación y en el mantenimiento de la misma participan mecanismos moleculares precisos. Dentro de este proceso juega un papel fundamental el centro de inactivación de X (región XIC, en el brazo pequeño del cromosoma X). La región XIC contiene el gen xist que solo se expresa en los cromosomas X inactivados. Actividad en cis. Xist se transcribe pero el ARN no se traduce (ARN de interferencia), silenciando algunas áreas para el desarrollo de una mujer normal.La inactivación del X se inicia conforme las células comienzan a diferenciarse de los linajes totipotente y pluripotente, lo que ocurre en la etapa tardía de blástula.

Existen dos tipos de inactivación del cromosoma X: - Inactivación al azar - Inactivación sesgada Aunque ambas formas utilicen los mismos ARNs y enzimas silenciadoras, se diferencian en tiempo de aparición y mecanismo de acción.

Inactivación al azar del cromosoma X. Ocurre tempranamente en el embrión hembra, en el que los dos cromosomas X, de origen materno o paterno, tienen la misma posibilidad de ser inactivados. Cada célula femenina tiene la tarea difícil de distinguir entre dos cromosomas X dentro del mismo núcleo, y designar un cromosoma X como activo y el otro como X inactivo. Este proceso complejo es logrado por separado en cada célula, en gran parte por xist. Parece que cada célula cuenta en primer lugar su número de cromosomas X, entonces al azar escoge un X para permanecer activo y, finalmente, silencia el futuro X inactivo. Como los hombres solo poseen un cromosoma X, el proceso de selección no se produce, por lo que si la madre es portadora de alguna enfermedad ligada al cromosoma X, el hijo también la expresara. Un ejemplo de esto es un síndrome asociado al déficit glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (G6PD). Las hijas de madre heterocigota y padre sano quedarían mitad y mitad. ~80~

Capítulo 8 | Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo Células completamente sanas y células completamente enfermas, donde se silencia el cromosoma defectuoso.

Inactivación sesgada del cromosoma X La inactivación del cromosoma X es al azar en tejidos embrionarios humanos, de tal manera que cualquier célula tiene un 50:50 probabilidad de inactivar el cromosoma X de la madre o del padre. Como resultado cada mujer es un mosaico de células, cada una expresando exclusivamente los genes del cromosoma X de la madre o del padre. Sin embargo, varios procesos pueden ocurrir que alteren esta aleatoriedad y da lugar a un predominio de expresión materna o paterna, también conocida como inactivación sesgada del cromosoma X. Uno de los mecanismos es que puede existir modificaciones genéticas o polimorfismos que lleven a la célula a elegir un cromosoma en particular. Esto es conocido como inactivación primaria del cromosoma X no al azar. Otro mecanismo es si un cromosoma X contiene un gen o genes que confieren un crecimiento ventajoso o desventajoso, a continuación, después de muchas divisiones celulares, la relación global de las células puede favorecer la expresión de uno o el otro cromosoma X. Este es llamado inactivación secundaria del cromosoma X no al azar, que refleja la aleatoriedad conservada de la primera elección, pero con sesgo a causa de posteriores efectos selectivos. La inactivación sesgada del cromosoma X puede afectar a las mujeres que son heterocigotos para las mutaciones genéticas ligadas al cromosoma X.

Figura 3. Inactivación sesgada del cromosoma X. (a) Selección del cromosoma X a inactivar; Cromosoma X materno (Xm),cromosoma X paterno (Xp). (b) Se observan los modelos de inactivación del cromosoma X al azar y los modelos de inactivación primaria y secundari del cromosoma X no al azar. Journal of Investigative Dermatology (2008) 128, 2753–2759.

En cada célula femenina el cromosoma X materno o el paterno puede ser elegido para ser activado. XIST se selecciona al azar para expresarse ya sea a partir del X materno o X paterno. XIST cubre al cromosoma a partir delcual es expresado y hace que sea transcripcionalmente silenciado y condensado (Ver figura 3.a). En los mamíferos hembras, cada célula elige de forma independiente para inactivar o bien el cromosoma X de la madre (gris os curo) o del padre (gris claro) (Ver figura 3.b).Al principio cada célula tiene dos X activos, en la inactivación al azar cada X tiene unaproporción de 50:50 de ser elegido. En la inactivación primaria del cromosoma X no aleatoria, algún factor o modificación altera la elección al azar de tal manera que el X materno o paterno es preferentemente elegido. En la inactivación secundaria del cromosoma X no al azar, la elección inicial de la inactivación de X sigue siendo al azar, pero un gen en uno u otro cromosoma X favorece la selección de las células que contienen el X materno o el paterno (Ver figura 3.b).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Una cosa es la elección, si los dos cromsomas X en una célula están bien, se supone que es al azar. Si uno de los cromosomas x esta alterado, se piensa que alteraciones de metilación permitirían a xist actuar sobre uno u otro, pero realmente no se sabe cómo funciona. Lo que se sabe hasta ahora es que hay un centro de inactivación del cromosoma X. Dentro de esa región hay un gen en particular que se transcribe pero no se traduce. Ese transcrito es el que favorece que se recluten no solamente metilaciones, sino también otro tipo de modificaciones que permiten e impiden efectivamente la expresión génica.

Ligamiento al sexo

Existen genes ligados a X, a Y (genes holándricos), y parcialmente ligados al sexo (localizados en la región diferencial del X).

Los de regiones homólogas se comportan como autosomas.

• Genes exclusivos del cromosoma X (en humanos): Daltonismo deutan: Insensibilidad a la luz verde. Daltonismo protan: Insensibilidad a la luz roja. Deficiencia de G-6-PD: Sensibilidad a la primaquinas, aspirina, fabismo. Distrofia muscular de Duchenne: Degeneración muscular, retraso mental. Hemofilia B: Deficiencia en factor de coagulación IX. Ictiosis: Piel reseca y escamosa. Hemofilia A: Deficiencia de factor de coagulación VIII (hemofilia clásica). Síndrome de Lesch-Nyham: Deficiencia en la HGPRT, retraso mental, automutilación, retraso mental.

• Ligamento al Y. Transmisión de genes holándricos de padres a hijos. Ej: hipertricosis auricular.

• Ligamiento parcial al sexo. Los genes localizados en la región diferencial de cromosoma X están ligados al X. Los genes localizados en la región diferencial de cromosoma Y están ligados al Y. Los genes localizados en las regiones homólogas están parcialmente ligados al sexo.

Herencia recesiva ligada al cromosoma X: La maldición de la Madre

El hombre portador generalmente muere antes de engendrar, por lo que un padre enfermo y una madre portadora es poco probable que generen una hija enferma.

- En general sólo se encuentran afectados los varones (por tener solo un cromosoma X). - La transmisión se realiza a través de heterocigotas: si el producto es varón tendrá el 50% de posibilidades de estar afectado o ser sano; si es mujer la posibilidad de ser portadora o sana será de un 50%. ~82~

Capítulo 8 | Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo - Todos los hijos de un afectado serán sanos y sus hijas portadoras. - No hay transmisión varón a varón. - En algunas enfermedades el varón no se reproduce por la historia natural del padecimiento. (no es estéril).

Enfermedades recesivas ligadas al cromosoma X • Distrofia Muscular de Duchenne: (más de 70 familias en la región están afectadas en el valle de Huasco y Ovalle).

Enfermedad progresiva, pseudohipertrofia (se ve musculoso), debilidad muscular. A los 15 años están confinados a una silla de ruedas y mueren alrededor de los 20 años de edad por insuficiencia cardiaca.

Por ejemplo, un hombre afectado tuvo una hija con una mujer sana, por lo que no se sabe si está o no afectada, si hubiera sido niño, sería sano, porque el hombre no trasmite el X afectado.

• Hemofilia A.

Ejemplo de las líneas sucesorias de la monarquía europea.

Herencia dominante ligada al cromosoma X El varón siempre la expresa, sea dominante o recesivo. - Los varones afectados transmiten el carácter a todas sus hijas, pero a ninguno de sus hijos. - Las mujeres afectadas tienen un 50% de probabilidades de transmitir el gen (suponiendo que son heterocigotas) a toda su descendencia independiente del sexo. - Los varones muestran una expresión más grave (porque tienen un solo X, en cambio las mujeres tienen expresión al azar). - En algunas enfermedades es posible que se produzcan abortos espontáneos si el hijo es varón.

Un ejemplo es la Incontinencia pigmentaria. - Mortal en los varones. - Lesiones cutáneas características vesiculosas, verrugosas o atróficas, alopecia de las áreas afectadas. - Sindactilia, hemiatrofia de extremidades. - Alteraciones del SNC.

Herencia Holándrica (ligada al Y)

- Sólo los varones pueden padecerla. - Se transmite de varón a varón. - Hijas sanas. - Pocos caracteres descritos: orejas peludas, dedos de los pies con membranas. - HLA H-Y (antígenos de histocompatibilidad de tipo 1 que se encuentran en esta zona) de importancia en el rechazo a transplante. - Genes de la espermatogénesis asociados a infertilidad ~83~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Caracteres influidos y limitados por el sexo

• Influidos. Caracteres codificados por genes localizados en los autosomas pueden tener influida su expresión por el ambiente hormonal y específico del sexo. De un sexo al otro, varían las relaciones de dominancia entre alelos, ejemplo: calvicie.

• Limitados. Caracteres codificados por genes localizados en autosomas que solo pueden manifestarse en uno de los sexos debido al ambiente hormonal específico del sexo o por limitaciones anatómicas.

Por ejemplo: Plumaje de los gallos debido a un alelo recesivo

Que los caracteres sean influidos y limitados por el sexo tienen que ver con la expresión de los caracteres sexuales secundarios, pero que dependen de la definición del sexo primeramente. Por ejemplo, una mujer de busto grande, tiene genes de busto grande, los hijos tienen los genes pero no los expresan o, por ejemplo, un hombre puede tener como carácter sexual secundario pelo en pecho, sus hijas tendrán ese gen pero no lo expresarán, este tipo de caracteres están codificados en autosomas, son limitados o influidos por el sexo. Los genes de la calvicie no solo están codificados en el cromosoma Y, las hermanas de un calvo no son calvas, pero tienen el gen de la calvicie. Puede ser que se lo transmitan a sus hijos y como son autosomas, pueden ser dominantes o recesivos.

Un gen limitado al sexo Son caracteres codificados en autosomas (no en el cromosoma X o Y) y que solo se manifiestan en uno de los dos sexos.

Un gen influido por el sexo Puede manifestarse en ambos sexos, pero en menor medida al sexo que es ajeno. Por ejemplo, el tipo de voz, que depende de la producción de testosterona, para una voz más grave o aguda, el nivel de testosterona tiene un amplio nivel de normalidad, puede ser normal con poca testosterona o con mucha testosterona. Las mujeres pueden portar un alelo para una mayor o menor producción de testosterona. ~84~

Capítulo 8 | Determinación genética del sexo y enfermedades ligadas al sexo Lectura Recomendada: Guttmacher, M.D, Collins, M.D., Ph.D. (2002). Genomic Medicine”. New England Journal of Medicine. vol.397 nº19. Baquedano, Usón (2009-2010). “inactivación del cromosoma X”. Fundamentos de genética curso 2009-2010. Universidad de Zaragoza. Sun BK, Tsao H. (2008). X-chromosome inactivation and skin desease. Harvard Medical School. 128(12):2753-9.

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9

CAPITULO

Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial

H

asta hace 50 años, el interés de la comunidad era conocer características como la altura, talla, coeficiente intelectual, fuerza, control de temperatura, capacidad de envejecimiento, flujo cerebral, frecuencia cardíaca o la capacidad de ver, etc., pero que no son medibles desde el punto de vista mendeliano, puesto que no se caracterizan por un todo o nada, sino que más bien representan un amplio espectro en el que influyen tanto un conjunto de genes como el ambiente. Muchas enfermedades muestran agrupación por familias, sin que conformen ningún patrón reconocido de herencia mendeliana aún cuando existe la sospecha de un factor hereditario. Se incluyen entre estas, varias de las más comunes malformaciones congénitas y muchas de las enfermedades más frecuentes del adulto.

Componente medio ambiental en la expresión de las características Conceptos - Fenotipo: Características observables de un organismo - Genotipo: Constitución genética de un organismo - Entorno: Todo aquello que rodea un organismo.

Esta fórmula fue descubierta por dos investigadores, Wilhelm Ludvig Johannsen y Hermann Nilsson-Ehle. En donde formulan que no somos la expresión neta de nuestros genes, sino que además hay una componente medio ambiental que de alguna forma condiciona nuestra apariencia, por lo tanto nuestro fenotipo. Indistintamente de nuestra composición genética, indistintamente de los genes que tengamos puede haber una diferencial fenotípica y eso se explica simplemente porque el material genético, los genes, son influidos por el entorno.

Entiéndase ahora pensando en genética humana, el entorno no solamente como factores ambientales sino también factores familiares, etc., que van a condicionar lo que en algún momento vamos a ser y que se conoce como fenotipo. Claramente aquí el estudio clave o el modelo ideal son estudiar dos organismos o dos personas que son genéticamente igual y que ~87~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología yo pueda cambiar los estímulos externos y dar fenotipos distintos. La mayoría de estos estudios son con gemelos vitelinos, que al azar se les da estímulos ambientales distintos y que responden de manera distinta.

¿Dónde empieza todo lo complejo? Primero hay que decir que la genética mendeliana conforma a los caracteres cualitativos, en el fondo Mendel había logrado fijarse en un tipo de carácter especial y había estudiado su segregación. Ahora este tipo de carácter era absoluto, es decir, o la semilla era rugosa o era lisa, las plantas tenían pétalos blancos o pétalos morados, Mendel trabajó con caracteres discretos, en donde diferentes alelos daban claramente fenotipos distinguibles. Con el avanzar fuimos un poco más allá y podemos ver muchos caracteres que son absolutos pero que entre medio hay una gran graduación de este mismo genotipo, a este se le llama genética cuantitativa y explica el efecto de varios genes para un mismo carácter.

Genética cuantitativa frente a la genética cualitativa

Muchos caracteres no caen en la categoría de discretos: La altura, por ejemplo, o la producción de maíz por acre. Estos son “caracteres cuantitativos”.

Tabla 1. Diferencias entre genética cuantitativa y cualitativa.

- A principios del siglo XX la aplicación mendeliana de la herencia era aceptada completamente pero parecía que la variación continua no se podía explicar mediante las leyes de Mendel. - Bateson y Yule propusieron que las leyes de Mendel eran también válidas para caracteres continuos y formularon la hipótesis de los factores múltiples (poligenes).

No todos los caracteres pueden ser absolutos, puede haber algunos fenotipos que son intermedios y la explicación es simplemente que estos caracteres cuantitativos están determinados por más de un gen, es decir, si el color de las semillas (carácter cualitativo) estaba determinado por un solo gen es posible que el largo de la espiga (carácter cuantitativo) esté siendo determinada por más de un gen.

Los caracteres mendelianos desde ahora se dice que son cualitativos o discontinuos, en cambio los caracteres que tiene una gama de fenotipos se dice que son continuos, porque existe un continuo de fenotipos, hay una graduación del fenotipo. A diferencia de los caracteres mendelianos, los caracteres continuos se pueden cuantificar, podemos ver cuáles son los aportes ~88~

Capítulo 9 | Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial reales de cada gen a ese fenotipo y también es posible hacer estadística, varianza y determinar cuál es la influencia del medio a este fenotipo.

La distribución continua de un fenotipo se puede conseguir por dos motivos: - Que un genotipo tenga un fenotipo variable (en una distribución) por efecto del ambiente - Que el carácter este determinado por varios genes (carácter poligénico), que pueden o no tener efecto aditivo También puede obtenerse con la combinación de ambos motivos

Johannsen: variación continua en el peso de los guisantes se debe a la influencia de factores genéticos y ambientales.

Experimentos de Johannsen

En Judías, Phaseolus vulgaris (1903)

• En especies autógamas al autofecundarse se alcanza un alto grado de homocigosis en la mayor parte de los genes. • En cada autofecundación la heterocigosis se reduce a la mitad.

• La repetida autofecundación llevaría por tanto a la obtención de una descendencia que sería homocigota para todos los genes, pero los resultados serían diferentes según qué alelos estén en homocigosis:

AA BB CC dd EE ff,

aa BB cc dd EE ff,

AA bb cc dd ee FF … etc.

Johannsen llamó a estos individuos líneas puras. Johansen, al tomar un carácter continuo, no afirmaba resultados categóricos, plantas altas y bajas, sino que afirmaba encontrar plantas de diferente tamaño.

• Estudió el peso de las semillas de las judías y encontró una gran varianza • A partir de esa gran variedad obtuvo 19 líneas puras y cuando estudió los pesos de la descendencia de las líneas comprobó que cada una tenía un peso medio característico y una varianza menor que la general.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Población

Líneas puras

• Johannsen supuso que la varianza de cada línea no era genética sino debida al ambiente, las medias de cada línea son el valor “genético”.

Si tomaba líneas puras para las dos tallas extremas (la más alta y la más baja), él veía que con cada cruza (F1, F2, F3, etc.) los valores iban acercándose hacia la media, describiendo mediante los cruces un patrón que llegaba a establecer todas las clases fenotípicas. De esta forma determinó cuántos genes había involucrados, y observó que estos describían una tendencia en forma de campana de Gauss.

• Esto lo comprobó tomando de la línea 1 (la más pesada) y de la 19 (la más ligera) individuos de valores extremos y medios y estudió en ellos los pesos de la descendencia:

• También comprobó que después de seleccionar durante 6 generaciones las semillas más pesadas y más ligeras de cada línea los pesos medios de ambas selecciones se mantenían iguales. • Johannsen concluyó que: De esta forma concluyó que la altura en la planta judía está determinada por un efecto poligénico, en el que participan 19 genes de forma aditiva. Al tener 19 genes que controlan el peso de la judía, se puede obtener, frente a cada cruzamiento, una variación de 1 en 19, lo que da el porcentaje de la varianza (genética), más el porcentaje de varianza ambiental que puede variar en cada una de las 19 cruzas. La variación total es la que determina el fenotipo. Mientras ~90~

Capítulo 9 | Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial hay más genes involucrados, más rápido se acerca a la campana de Gauss.

- 1906 el matemático George Udny Yule propuso que si muchos genes actúan juntos para producir un fenotipo pueden producir características continuas. - Herman Nilsson-Ehle trabajó con trigo y tabaco. - Edward East trabajó con maíz y la longitud de las flores del tabaco (Nicotiana longiflora).

Hipótesis de los factores múltiples: Cálculos del número de genes

• Caracteres cuantitativos • Cada locus puede estar ocupado por un alelo aditivo o por un alelo no aditivo • El efecto de cada alelo aditivo es similar al de los demás • Así la variación continua se explica de forma mendeliana

• Cálculo del número de factores

Cada locus puede estar ocupado por un alelo aditivo (forma dominante, agrega y todos aportan por igual) o por un alelo no aditivo (forma recesiva, no agrega).

Variación continua se explica de forma mendeliana. El gen puede tener cualquier tipo de herencia mendeliana (gen 1 autosómica dominante, gen 2 ligada al sexo, gen 3 recesiva ligada al sexo, gen 4 holándrica, gen 5 codominante, etc.). ~91~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Esta idea principal es muy simplista, hoy se sabe que los genes pueden tener un efecto mayor o menor, que también hay genes sustractivos y que las interacciones entre los genes pueden ser multiplicativas, esto es, que un gen puede potenciar el efecto de otros genes y otros genes pueden ser divisibles, es decir, que puede limitar el efecto de varios genes a la vez. El número de gametos distintos producidos por un polihíbrido va a variar según el número de genes estudiados

Correlación Familiar

Es una medida estadística del grado de asociación entre dos fenómenos variables o, en términos más simples, una medición del grado de semejanza o relación entre dos parámetros.

Los hermanos comparten el 50% de los genes, entonces, la mitad de sus caracteres deberían ser iguales, pero esto varía por causa del ambiente

Ej. Si los familiares de primer grado, como los hermanos, comparten el 50% de sus genes, sería razonable predecir que, si la altura es un carácter poligénico, entonces la correlación entre hermanos será de 0,5, lo que ocurre en la realidad, y la dife- Tabla 2. Proporción de genes compartidos según grado rencia entre ellos debe estar dada por el ambiente. de parentesco.

Regresión a la media

Características como la altura o la inteligencia están también influenciadas por el ambiente, y posiblemente el efecto de los distintos genes no sea aditivo.

Se ha observado que padres en extremos altos o inteligentes, tiene hijos cuya altura o inteligencia promedio es ligeramente menor a la de ellos, pero mayor que la de la media poblacional, fenómeno que se denomina regresión a la media. Hubo intentos de crear una raza superior (más fuertes, altos, inteligentes), pero esto no es posible por la tendencia hacia la media. Esto ocurre porque son muchos los genes involucrados en dichos caracteres. La única posibilidad real sería tener líneas absolutamente puras. El conseguir líneas puras para un solo carácter arrastra consigo mutaciones y enfermedades, puesto que todos los caracteres van ligados.

Modelo de la carga y umbral

El modelo de carga tiene que ver con la composición genética que tengo, pero estos enfoques no están sobre un individuo, sino sobre una población por eso se les llama carga. Toda la información que presenta una población va a ser la carga. ~92~

Capítulo 9 | Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial ¿Entonces qué es lo que nosotros estudiamos acá? • Falconer postuló que todos los factores que influyen en la aparición de una alteración multifactorial, sean genéticos o ambientales, pueden ser considerados como una única entidad conocida como carga. • Las cargas de todos los sujetos de una población forman una variable continua de distribución normal. La carga es toda la herencia que porta un individuo. Falconer afirmó que por sobre cierto nivel de carga, aparece el fenotipo. Para explicar la aparición de un fenotipo discontinuo (afectado o no) con una distribución continua subyacente, se ha propuesto la existencia de un umbral, por encima del cual se expresa el fenotipo.

Si hay dos individuos, uno con menos y otro con más carga y a pesar de esto, la carga de ambos supera cierto nivel que es común para todos (umbral) se manifiesta el fenotipo. Aún así, el con menos carga se demorará más en manifestar la enfermedad.

La carga tiene un componente genético (varianza genética) y ambiental (varianza ambiental). En la población general la proporción más allá del umbral es la incidencia poblacional, y entre los familiares de un afectado la proporción más allá del umbral es la incidencia familiar (Figura 1).

Por ejemplo, se puede saber cuánta gente tiene fisura labiopalatina, pero no se puede saber cuántos tienen carga para ello. Se puede estimar la carga en la población. Una familia con un afectado de fisura labiopalatina, tendrá más carga que una familia que no presenta afectados.

¿En qué consiste este modelo? Estudiar una enfermedad cualquiera que sea, y para eso tengo que hacer una investigación para atrás para ver cuál es la ocurrencia de esta enfermedad en la familia y esto nos va a dar una distribución.

¿Qué nos va a permitir ese estudio? Predecir la susceptibilidad de contraer esta enfermedad a las generaciones futuras. A nivel gráfico generalmente, en estos extremos de distribución de la enfermedad de la población o familiar (Ver figura 1), es que uno obtiene de alguna forma un porcentaje de la ocurrencia de la enfermedad a nivel poblacional o de la familia, y ese porcentaje es la susceptibilidad de las ~93~

Figura 1. Distribución hipotética de la responsabilidad de un trastorno multifactorial, en la población en general y las familias afectadas.

Genética Médica e Introducción a la Farmacología nuevas generaciones a contraer la enfermedad, que se va acrecentando de acuerdo a la cercanía familiar con el individuo que la tiene.

Consecuencias del modelo umbral 1. La incidencia es mayor entre los familiares de los pacientes más severamente afectados, presumiblemente debido a que ellos son los extremos más anormales de la curva de carga. Ej.: En el caso del labio leporino/hendidura palatina no sindrómicos, la proporción de familiares afectados es del 6% si el paciente índice tiene una hendidura bilateral, pero de sólo del 2% si es unilateral. Si no hay familiar afectado, hay un 1% de probabilidad, por la carga de la población chilena. Otro ejemplo, los hermanos de un afectado con una pequeña comunicación ventricular tienen menor carga que los hermanos de un afectado con un ventrículo único.

2. El riesgo es mayor entre los familiares cercanos al caso índice, disminuyendo rápidamente en los familiares más lejanos. Ej.: En la espina bífida el riesgo para los familiares de primer, segundo y tercer grado es de: 4%, 1% y menor del 0,5% respectivamente. El riesgo de un familiar de tercer grado se iguala a la población general.

3. Si existe más de un familiar cercano afectado el riesgo aumenta para los otros familiares. En la espina bífida si dos hermanos están afectados el riesgo en un tercer hermano es de un 10%.

4. Si la alteración es más común en individuos de un sexo en particular, entonces los familiares de un sujeto afectado del sexo que menos lo padece tendrán un mayor riesgo que los familiares de un afectado del sexo más frecuente. Por ejemplo, la estenosis pilórica muestra una proporción hombre/mujer de 5 es a 1. Las proporciones para la descendencia de un varón afectado son de un 5,5% para los hijos y de 2,4% para las hijas, pero para una mujer afectada son de 19,3% para los hijos de 7,3% para las hijas. La displasia congénita de caderas es más frecuente en mujeres que hombres. Un hermano de una niña afectada por displasia de caderas tiene más riesgo que la población general. El hermano de un varón afectado, tiene más riesgo que el hermano de una niña afectada, porque, en este caso, el sexo favorece la aparición de la displasia, la carga para las niñas es menor para manifestar la enfermedad. El hecho de presentar la enfermedad el sexo menos afectado, significa que la familia posee mayor carga para dicha enfermedad.

5. El riesgo de recurrencia en los familiares de primer grado, esto es en los hermanos e hijos, se aproxima a la raíz cuadrada de la incidencia en la población general. Por ejemplo, si la incidencia fuera de 1 en 1000, el riesgo de los hermanos sería de 1 en 32, es decir de un 3%.

Heredabilidad

Aunque no es posible valorar la carga individual para una alteración particular, se puede estimar qué proporción de la etiología corresponde a factores genéticos.

Heredabilidad (H2): corresponde a la proporción de la variación fenotípica total de una condición que se debe a la variación genética aditiva. En el fondo es una relación, una razón entre ~94~

Capítulo 9 | Herencia de caracteres complejos, poligénica, multifactorial la variabilidad genética y la variabilidad fenotípica.

h = 0-1

¿Existe algún carácter que dependa solamente del genotipo?, que no sea influido por el ambiente, es decir, ¿que solo dependa de lo que recibí de mis padres y la dominancia? El color de los ojos, ese es un carácter que va a tener heredabilidad 1, eso significa, que depende solo de mi genotipo.

¿Existe heredabilidad 0?, es decir, que no dependa de la composición genética y exclusivamente del ambiente. NO, esto es imposible, nunca algún carácter podría tener heredabilidad 0.

Heredabilidad, ideas importantes: 1. Sólo mide cuánta de la variabilidad fenotípica (Vf) es debida a la variabilidad genotípica (Vg). 2. Se determina para una POBLACIÓN en un AMBIENTE determinado (la HEREDABILIDAD NO es UNIVERSAL). 3. Factores ambientales pueden afectar a rasgos con alta heredabilidad (Ej: altura de poblaciones humanas con diferente alimentación). 4. La heredabilidad no dice nada de las diferencias poblacionales de una característica. 5. La heredabilidad no indica el grado de determinación genética 6. La heredabilidad no indica nada sobre la naturaleza de las diferencias poblacionales de una característica. 7. La heredabilidad indica si las diferencias entre individuos de una población son debidas a los genes o al ambiente.

La heredabilidad permite decir a la gente de cada población sobre cada enfermedad, por ejemplo, la heredabilidad de la esquizofrenia, es decir, el componente genético, en la población europea corresponde a un 85%, de esta manera, el riesgo de heredar la enfermedad es de un 85% independiente de las condiciones ambientales. Hay variaciones que son individuales y hay variaciones poblacionales. En un país relativamente uni racial como Chile, se puede hacer estimaciones para toda la población. En poblaciones múltiples se debe hacer estimaciones de acuerdo a la raza.

Tabla 3. Estimación del porcentaje de heredabilidad para diferentes patologías.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Estudios de heredabilidad Se determina un agente biológico, un receptor de la insulina que causa diabetes por ejemplo, su ubicación, el patrón de herencia para cada uno de los genes involucrados y se establecen modelos animales. Luego de esto, se realizan estudios de asociación. Por ejemplo las familias que tienen diabetes, se estandarizan los casos de acuerdo a la raza. Se establece una incidencia poblacional y se calcula el riesgo y distribución del rasgo, por ejemplo, si tiene o no una distribución normal. En relación a eso, se puede calcular la heredabilidad de la diabetes respecto a la población chilena. (Leer capitulo 12, estudios de heredabilidad en gemelos)

Lectura Recomendada Helen M Kingston. (1989). ABC of clinical genetics. Genetics of common disorders. BMJ British Medical Journal, 298(6678): 949–952.

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10

CAPITULO

S

Ligamiento génico y Mapas génicos

egún Medel durante la formación de gametos, dos genes van segregar en forma independiente (ley de segregación o transmisión independiente). Esto se cumple sólo si se encuentran en cromosomas diferentes. Si están en el mismo cromosoma y a la vez muy cerca, segregarán de la misma manera en un mismo cromosoma.

Genes ligados

Los genes ligados se encuentran en el mismo cromosoma y no obedecen de manera estricta al principio de segregación independiente de Mendel; por el contrario tienden a heredarse de forma conjunta. Todos los genes que se encuentren en un mismo cromosoma constituyen un tipo de ligamiento.

Figura 1. Genes ligados. Los genes A y B no se encuentran ligados, mientras que C, D y E son genes que pertenecen al mismo grupo de ligamiento, ya que estos se encuentran en el mismo cromosoma. Lo mismo sucede con los genes F, G y H, I.

Ligamiento

Es el único método que permite el mapeo de genes, incluyendo genes causantes de enfermedades detectables solamente como rasgos fenotípicos. La mayoría de los genes generadores de enfermedades genéticas caen dentro de esta categoría ya que ni su bioquímica ni sus bases moleculares se han elucidado aún.

“Tendencia de los alelos cercanos (de genes distintos) en un mismo cromosoma a transmitirse juntos, como una unidad intacta, durante la meiosis”

- El Análisis de ligamiento es la base del mapeo genético. - Si un par de genes está localizado en el mismo cromosoma, entonces están físicamente ligados y por lo tanto se heredarán juntos. - Haplotipo: grupo de alelos de loci íntimamente ligados que se encuentran en un individuo y que se heredan como una unidad. - Experimentos de cruces genéticos: muy pocos pares de genes muestran un ligamiento completo. - Ligamiento parcial: algunas veces se heredan juntos y otras no. - Explicación: comportamiento de cromosomas durante la MEIOSIS. ~97~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Ligamiento Completo Supongamos dos genes ligados a y b, y un individuo di-heterocigótico AaBb. En él, los genes “A y B” están en un cromosoma y “a y b” en el homólogo (ver figura 2). Estos genes al estar muy próximos, lo más probable es que no haya entrecruzamiento entre los loci, y por lo tanto, los gametos recibirán el cromosoma “AB” o el aporte “ab”. Por lo tanto, se formarán sólo dos clases de gametos: AB y ab (ver figura 2), esto se explica porque físicamente están muy cerca, en vez de lo que la 3ra ley de Mendel (segregación independiente) diría. Cuando esto ocurre se denomina Ligamento completo, las proporciones mendelianas se comportan como que fueran un solo gen. Por lo que no se cumple la ley segregación independiente.

Figura 2. Ligamiento completo. Los genes A y B y a y b se encuentran muy próximos (genes ligados) por lo que lo en la meiosis no se produce sobrecruzamientoentre ellos y pasan juntos a los gametos sin separarse.

Ligamiento completo o absoluto. Si los genes ligados están muy próximos, lo más probable será que durante la profase I de la meiosis no se produzca ningún sobrecruzamiento entre ellos y pasarán juntos a gametos sin separarse.

Simbolismo del ligamiento - Configuración en acoplamiento o cis: Si los genes ligados son AB o ab - Configuración en repulsión o trans: Si los genes ligados son Ab o aB

Ligamiento incompleto y entrecruzamiento El ligamiento incompleto es lo más frecuente e implica que existe una distancia relativamente larga que permite entrecruzamiento. En él no se cumplen las proporciones esperadas (25% para cada uno), como por ejemplo: AB (40%) Ab (10%) aB (10%) ab (40%). Por lo tanto, sabremos si los genes están ligados o no dependiendo de las frecuencias que obtengamos al cruzar el dihíbrido (Aa, Bb) con el doble homocigótico recesivo (aa, bb). Si se obtienen los cuatro fenotipos posibles en proporciones del 25%, los genes probablemente, serán independientes. Si se obtienen valores alejados del 25%, los genes estarán ligados.

Por lo tanto, podemos decir que a mayor distancia entre loci, mayor es la probabilidad de entrecruzamiento, y consecuentemente de que se comporten de manera independiente. Cabe destacar, que puede haber más de un punto de entrecruzamiento y algunos se pueden revertir. Por ende, permite saber cómo están organizados los genes dentro del cromosoma y con ello, se establecen mapas relativos de la localización de genes dentro de un cromosoma.

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Capítulo 10 | Ligamiento génico y mapas génicos Obsérvese en la figura 3, de los 4 gametos surgidos de la meiosis con sobrecruzamiento, dos de ellos tienen los genes ligados de la misma manera que los cromosomas progenitores, son los gametos parentales (p), los otros dos gametos llevan las cromátidas producto del sobrecruzamiento y se les llama gametos recombinantes (r). Por lo tanto, sólo 2/4 de ellos sufren recombinación.

Figura 3. Ligamiento incompleto con sobrecruzamiento. Los genes ligados se encuentran lo suficientemente separados y se produce sobrecruzamiento entre ellos, formando 4 tipos de gametos. p =parentales, r = recombinantes.

La probabilidad de que se produzca un sobrecruzamiento entre los genes ligados dependerá de la distancia que separa los loci en el cromosoma. Entre loci muy próximos será difícil que se produzca recombinación y la probabilidad de que los gametos lleven las cromátidas recombinantes será baja. Por el contrario, entre 2 loci muy alejados el sobrecruzamiento será muy probable, por lo que, la cantidad de gametos recombinantes se acercará al 50 % del total de los gametos producido

Cruzamiento de prueba para determinar recombinantes Dado el cruce AaBb x aabb las posibilidades son: • Loci en los distintos cromosomas (independientes)

Gametos ab

AB AaBb P1=25%

Ab Aabb R1=25%

aB aaBb R2=25%

ab aabb P2=25%

total rec.=50%

Es lo esperado, si no se da en esa proporción, indica que se encuentran en el mismo cromosoma. Implica el primer punto para ubicar un cromosoma en el mapa.

• Loci en el mismo cromosoma y sin entrecruzamiento (ligamiento completo)

Gametos ab

AB ab AaBb aabb P1=50% P2=50% Se obtienen sólo dos formas gaméticas

total rec=0%

• Loci en el mismo cromosoma con entrecruzamiento (ligamiento incompleto) ~99~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Gametos ab (P1+P2) > (R1+R2)

AB AaBb P1

Ab Aabb R1

FR< 50%

aB aaBb R2

ab aabb P2

La frecuencia de gametos recombinantes (FR) debe estar entre el ligamiento total (0%) y la segregación independiente (50%) 0% < FR < 50%

Frecuencia de Recombinación La probabilidad de los gametos recombinantes para un par de genes ligados es un valor constante que depende, principalmente, de la distancia a la que se encuentren los genes en el cromosoma. Esta probabilidad recibe el nombre de Frecuencia de recombinación (FR)

FR corresponde a la suma de la formas recombinantes (siempre las de menor porcentaje), dividido por el total. Por ejemplo: 20/100 corresponde a 0,2 e implica 20% de recombinación. La frecuencia de recombinación entre dos genes ligados es igual a la suma de las frecuencias de los gametos recombinantes. Si dos genes ligados se encuentran alejados en un cromosoma, su frecuencia de recombinación será alta, próxima al 50%, y baja si se encuentran próximos.

La unidad de medida de la frecuencia de recombinación es el centiMorgan (δ). 1 δ = 1% de recombinación. Un 1% de recombinación, es 1 unidad de mapa o 1 centiMorgan y aproximadamente corresponde a un millón de pb. Lo que quiere decir, es que si se encuentran a menos de un millón pb segregan juntas.

Relación entre fracción de recombinación y distancia de mapa • A mayor distancia entre 2 loci en el mismo cromosoma mayor probabilidad de entrecruzamientos. • La frecuencia de entrecruzamientos entre 2 loci sería una buena estimación de la distancia entre los mismos. Sin embargo, lo que podemos contar no son los entrecruzamientos sino los recombinantes que surgen de ellos. • Por tanto se usa la FR como medida de la “distancia” genética • Unidad de mapa (centiMorgan) = 1% de recombinación (um, cM) • El primer mapa de ligamiento: Drosophila (Sturtevant 1913) • Con el genoma humano esto está obsoleto.

Análisis de ligamiento

Es una técnica usada para localizar genes cuyo producto proteico no es conocido.

Primera enfermedad genética ligada demostrada es el Síndrome de uña-rótula (nail-patella), trastorno autosómico dominante ligado al antígeno del grupo ABO. Estos pacientes presentan hipoplasia de las uñas y no tienen rótula. Esta asociación puede usarse para determinar el ~100~

Capítulo 10 | Ligamiento génico y mapas génicos riesgo de padecer la enfermedad de los hijos.

Imagen 1. Síndrome de uña-rotula. Las uñas pueden estar ausentes o ser hipoplásicas o distróficas. Las rótulas pueden ser pequeñas, de forma irregular o pueden estar ausentes. J Med Genet 2001;38:209-214

El ligamiento entre genes estructurales es muy raro, por esto se usa la asociación entre el rasgo en estudio con los polimorfismos de longitud de un fragmento de restricción (RFLP) Lo primero que se utilizó fueron los RFLP, tras ellos se han utilizado los polimorfismos de nucleótidos simples de Smith. Si se conoce una región determinada y se utiliza como punto de referencia, se puede establecer la distancia de secuencias repetidas, genes cistrónicos, etc. Enzimas de restricción son endonucleasas, enzimas biológicas presentes en bacterias, que se utilizan como puntos de corte. Si las personas no tienen el mismo punto de corte es que hubo un cambio estructural. Las enzimas de restricción sirven tanto en estudios de paternidad como en el DNA policial.

• Análisis de ligamientos: cruces dirigidos - Se basa en el análisis de la progenie de cruces experimentales realizados entre padres de genotipos conocidos. - Se usan especies manejables, con ciclos de vida cortos. - Determinación del genotipo de gametos es posible pero laborioso y altamente complejo. - Se utilizan los cruces de prueba. - Doble heterocigota x doble homocigota: AaBb x AAbb

• Análisis de ligamiento: análisis de genealogías - En humanos no se pueden hacer cruces dirigidos. - Estudio de genealogías que presentan alguna enfermedad (fenotipo diferencial): casi siempre son imperfectas. - Análisis estadístico mediante Lod Score: (Logarithm of the Odds) Log de la probabilidad de que dos genes estén ligados. - Idealmente se deben usar varias genealogías para incrementar la significancia.

El análisis es menos problemático para familias con alto número de hijos y, preferiblemente, con tres generaciones disponibles.

Logaritmo de Odds Score

- Los resultados de un estudio de ligamiento se expresan como la probabilidad que de que el marcador (ej. RFLP) esté ligado o no al gen estudiado. - Para esto, se calcula el odds score (puntuación de probabilidad) que se expresan como el logaritmo en base 10 (LOD score). - Un LOD score de +3 significa que la posibilidad del ligamiento es de 1000 a 1. Lo que quiere decir, es que hay sólo una probabilidad entre mil de que no se trate de un ligamiento verdadero, ~101~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología si no de una asociación aleatoria. - Si obtengo un LOD score de -2, puedo descartar la asociación (indica una probabilidad de 1 en 100 de que NO estén ligados). Los resultados que están entre +3 y -2 no son informativos.

El método de probabilidades para el análisis de ligamiento se basa en la valoración de la fracción de recombinación (Ѳ), y en probar si una relación determinada es significativamente inferior al 50%. La valoración del ligamiento genético requiere un análisis estadístico en el que se calcula la relación entre dos hipótesis opuestas: a) Que los dos loci estén ligados a una fracción de recombinación determinada (Ѳ<0,5) b) Que no exista ligamiento (Ѳ=0,5).

La fracción de estas probabilidades (odds ratio), es la posibilidad de que los loci se encuentren ligados. Para facilitar el cálculo se utiliza el logaritmo decimal de esta fracción, que se conoce como LOD score Ζ(Ѳ). Ζ(Ѳ) = log10 [L(Ѳ)/L(Ѳ)0,5] Los LOD scores se calculan para fracciones de recombinación de 0,0; 0,001; 0,005; 0,02; 0,03; 0,4; 0,5. El valor más elevado de Ζ(Ѳ) señalará la fracción de recombinación más probable entre los loci. Un Ζ(Ѳ) de 0 significa que puede haber ligamiento o no entre los loci; un valor positivo está a favor de ligamiento, y un valor negativo está en contra de él.

¿Cómo se mide la distancia génica? Dos loci: ¿están ligados? 1. Determinar la fracción de recombinación (θ) entre ambos loci: - Si θ difiere significativamente de 0.5 implica ligamiento completo - Si es igual a 0.5 implica desligamiento completo 2. Determinar si una desviación de 0.5, si existe, es realmente significativa utilizando una herramienta estadística conocida como likelihood odds ratio: se examinan un grupo de datos familiares contando el número de hijos que muestran o no recombinación entre los loci.

Se calcula la probabilidad de observar datos en varios valores posibles de θ variando entre 0 y 0.5. Se calcula la relación: Probabilidad de los datos si los loci están ligados Lod Score (Z) = Log10 -----------------------------------------------------------------Probabilidad de los datos si los loci no están ligados • Si Z <1 ==> pocas probabilidades de ligación • Si Z > 1 ==> los loci probablemte están ligados. No es estadísticamente significativo. • Z ≥ + 3 ==> evidencia definitiva de que los loci están ligados

En el gráfico 1 se muestra un ejemplo de análisis de ligamiento.

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Capítulo 10 | Ligamiento génico y mapas génicos

Gráfico 1. Ejemplo de análisis LOD-Score multipunto de ligamiento genético de Síndrome de Joubert y cromosoma 9.. En el eje X se muestran distintas posiciones en el cromosoma (en cM), y en el eje Y el LOD Score. Se obtiene un valor máximo de un Z de +3.71 con el marcador D9S138 (fracción de recombinación 0). Am. J. Hum. Genet. 65:1666–1671, 1999

Del ligamiento parcial al Mapeo - Dos genes que están cercanos serán separados menos frecuentemente por recombinación que dos genes lejanos entre sí (estos últimos pueden comportarse como si estuvieran en cromosomas diferentes si están lo suficientemente separados) − La frecuencia con la que los genes son desligados por recombinación será directamente proporcional a la distancia que los separa en el cromosoma. − La Frecuencia de Recombinación es por lo tanto una medida de la distancia entre dos genes. − Construcción de Mapas a base de frecuencias de recombinación.

Si un marcador y la enfermedad se heredan juntos, la hipótesis es que están tan cerca que se heredan ligados “A menor frecuencia de recombinación, más cercanos se encuentran los loci”

Mapa génico

- Muestra el orden lineal de los genes a lo largo del cromosoma con las distancias entre genes adyacentes proporcional a la frecuencia de recombinación entre ellos. También son llamados mapas de ligamiento, mapas cromosómicos. ~103~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología - La unidad de distancia en un mapa genético se llama Unidad de Mapa: 1% de recombinación - Una unidad de mapa también es llamada Centimorgan (cM) - Ejemplo: dos genes que se recombinan con una frecuencia de 3.5% están separados por 3.5 unidades de mapa, o 3.5 cM - Físicamente 1 unidad de mapa se define como la longitud del cromosoma en la cual, en promedio, se forma 1 entrecruzamiento en cada 50 células que sufren meiosis.

Mapeo Físico

- Asigna los genes a localizaciones particulares a lo largo de los cromosomas. - Usa medidas que son el reflejo de la distancia física entre genes - Baja resolución: Ubica los genes según las bandas citogenéticas - Alta resolución: los ubica en distancias físicas: pb - Se obtienen en base a secuenciación y otras técnicas moleculares.

Los mapas físicos no coinciden con los genéticos en las distancias relativas aunque sí en el orden de los marcadores. Cabe considerar que el mapeo génico puede presentar errores por: cálculos matemáticos, número de familias, entre otros. Es por esto, que hoy en día está obsoleto.

Lectura Recomendada José Luis Sánchez Guillén. Bloque III – Genética. Biología y Geología de la E.S.O y de 2° de Bachillerato. http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/T410_GENETICA/informacion.htm.

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Proyecto Genoma Humano (PGH) La Secuenciación de los Genes

E

l comienzo oficial del Proyecto Genoma Humano (PGH) en Estados Unidos fue anunciado el 1º de octubre de 1990. Luego, en 1984, en Alta, Utah, se discute sobre el análisis del ADN con el propósito de detectar mutaciones entre los sobrevivientes de las explosiones atómicas; se quiere determinar la relación existente entre las mutaciones derivadas de la radiación, por ejemplo en personas de Japón (Hiroshima) y como estas pasan a la descendencia. Después, en 1985 en Santa Cruz, California, se convoca una conferencia para examinar la viabilidad de secuenciar el genoma humano, iniciándose en el Departamento de Energía (USA) las discusiones sobre las ventajas de secuenciar el genoma en gran escala.

Dos informes publicados en 1988 guiaron el desarrollo de la estructura y alcance de estas fases iniciales del PGH en USA (estos se basaban en la factibilidad del PGH y el impacto que tendría en la medicina): uno del Consejo Nacional de Investigaciones sobre el mapeo y secuenciamiento del genoma humano, y, otro, emanado desde la Oficina de Evaluación Tecnológica del Congreso de USA. La oficina de salud e investigación ambiental del Departamento de Energía (DE) inició su programa formal en 1987. La oficina para la investigación sobre el genoma humano en el NIH fue creada en 1988 y ese mismo año se transformó en el Centro Nacional para la Investigación del Genoma Humano.

Además del NIH y del DE que organizaron el PGH en USA, existen agencias análogas en otros países, principalmente en Inglaterra, Francia, Alemania, Italia, Canadá, Japón y China.

Características del mapeo.

STS (Sequence tagged site). Pequeñas secuencias de DNA producidas por PCR (relativamente cortas, entre 200 a 500 pares de bases). Son azarosas y sirven para determinar posiciones dentro del cromosoma, debido a que su ubicación en el genoma puede ser mapeada. La mayor parte se encuentra en regiones no codificantes. Los STS obtenidos por PCR producen un patrón simple, que es reproducible en agarosa o gel de poliacrilamida. La secuencia de ADN de un STS puede contener elementos repetitivos o secuencias que aparecen en otras partes del genoma, siempre y cuando las secuencias de ambos extremos del sitio sean únicas y conservadas. Así, en sentido amplio, los STS incluyen marcadores como microsatélites (SSR, STMS o SSRPs), SCARs, CAP, y ISSRs. ~105~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología EST (Expressed Sequence Tag). Productos génicos obtenidos de una región expresada que son secuenciados y luego utilizados como marcadores. Estos son pequeños fragmentos de secuencia de ADN (generalmente 200 a 500 nucleótidos largos) que se generan por la secuencia de uno o ambos extremos de un gen expresado. La idea es que los trozos de secuencia de ADN representen los genes expresados en ciertas células, tejidos u órganos de diferentes organismos y utilizar estas “etiquetas” para pesquisar un gen de una porción de ADN cromosómico de pares de bases correspondientes. Obtención de los EST.

A partir de la transcripcion del DNA se obtiene un mRNA, el cual se transcribe de forma inversa mediante una transcriptasa reversa y se sintetiza el cDNA. Este cDNA puede ser secuenciado en sus extremos y cada extremo puede dar origen a un EST, un EST forward y un EST que va ser la hebra complementaria, y por lo tanto, al utilizar estos EST yo puedo obtener la secuencia de lo que se encuentra en el centro. Entonces, si sumamos el uso de los EST más los STS podemos tener grupos de secuencias de regiones que son codificantes y regiones que son no codificantes.

Figura 1. Obtención de los EST a partir de un mRNA.

SSR (Short sequence repeats). Conocidos también como STR (Short Tandem Repeat) o microsatélites. Estos son pequeñas repeticiones de secuencias dentro del genoma que consisten en segmentos cortos de ADN, de 1 a 6 pares de bases, que se repiten de manera consecutiva.

SNP (Single nucleotide polymorphism). Son pequeñas modificaciones genéticas o variaciones que pueden ocurrir dentro de la secuencia de ADN de una persona, las cuales generan polimorfismos (cambios de posición) de un solo nucléotido en el genoma, tales como el cambio de A por alguna de las otras 3 letras de nucléotidos- C, G o T. Un ejemplo de un SNP es la alteración del segmento de ADN AAGGTTA por ATGGTTA, donda la segunda “A” en el primer fragmento es sustituida por una “T”. Estos son bastante conservados dentro del género humano, lo que no implica que un SNP esté directamente relacionado con una mutación. En promedio, los SNP ocurren en la población humana más de 1% del tiempo, sin embargo, debido a que sólo alrededor de un 3-5% de las secuencias de ADN de una persona codifican para la producción de proteínas, la mayoría de

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Capítulo 11 | Proyecto Genoma Humano (PGH) La Secuenciación de los Genes los SNPs se encuentran fuera de “secuencias de codificación”.

Mapa genético. Mapa del genoma en el cual los loci polimorficos están separados entre ellos basados en la frecuencia en que estos se recombinan durante la meiosis. La unidad de medida utilizada es el centiMorgan (cM), que corresponde al 1% de probabilidad de recombinación después de una meiosis.

Mapa híbrido de radiación (HR). Mapa del genoma en el cual los STS están separados entre ellos por cortes inducidos por radiación. Las unidades de distancia se miden en centiRay 1 (cR). Sus dos grandes ventajas son que pueden mapearse marcadores o genes no polimórficos (ya que se evalúa solo la presencia o ausencia de un marcador) y la obtención de una mayor resolución en comparación con los mapas genéticos. Mapas genéticos.

Para construir estos mapas se utilizan puntos de referencia llamados marcadores genéticos para guiar a los investigadores en su búsqueda de genes. El término marcador se utiliza para describir cualquier variación observable que resulta de una alteración o mutación en un solo locus genético.

Marcadores moleculares:

RFLP. Polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción. Se definen como variaciones en las bases nitrogenadas en el sitio donde una enzima de restricción corta un segmento de ADN. Estas variaciones afectan el tamaño de los fragmentos resultantes del corte.

VNTR. Número variable de repeticiones en tándem. Estos ocurren en regiones no codificantes del ADN. Este tipo de marcador se define por la presencia de una secuencia de nucleótidos que se repite varias veces, entre 9 a 100 pares de bases. En cada caso, el número de veces que una secuencia se repite puede variar.

Microsatélites. Se definen por un número variable de repeticiones de un pequeño número de pares de bases (pb) dentro de una secuencia. El número de repeticiones de un microsatélite dado puede variar entre los individuos, por lo tanto, el polimorfismo se encuentra en diferentes formas dentro de una población.

SNP. Polimorfismo de nucléotido único. Son mutaciones en puntos individuales, o sustituciones en un solo nucléotido, que no cambia la longitud total de la secuencia de ADN en esa región. Estos se producen en todo el genoma de un individuo.

Utilizando estos marcadores (STS, EST, SNP) se pueden construir mapas genéticos, sin embargo un mapa genético es una especie de “carretera troncal”, debido a que no indica directa1

Un cR indica una frecuencia de rotura del 1% entre dos loci dados luego de una exposición a 3.000 rads de radiación X.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología mente donde se encuentran determinados genes, si no que da una especie de “localización aproximada”. El mapa genético es un primer avance a como encontrar una secuencia génica dentro de un cromosoma determinado.

Para hacer esto se utilizan los marcadores, mediante la técnica de los RFLPS (Restriction Fragment Length Polymorphisms). Estos son cortes que se realizan utilizando enzimas de restricción en una determinada secuencia o en un cromosoma o región cromosómica. Ej: Se aísla un cromosoma, se fragmenta, y cada fragmento es digerido por enzimas de restricción, ahora se utiliza un conjunto de enzimas de restricción que reconocen distintos puntos específicos dentro de esa secuencia y esto va a dar un patrón de bandeo. Este patrón tiene que ser exclusivo para un individuo X, si lo hacemos en otro individuo y el patrón es distinto encontramos un polimorfismo. Algo similar son los VNTR (Variable Number of Tandem Repeat polymorphisms) que son polimorfismos en secuencias tándem (secuencias altamente repetitivas).

Mapas Físicos.

Los mapas físicos son la representación real del alineamiento de los genes en un cromosoma, donde el orden de los genes es igual al dado por los mapas de ligamiento, pero las distancias son medidas en kb o Mb.

Estos se • Mapas • Mapas • Mapas

pueden dividir en tres tipos generales: cromosómicos o citogenéticos. híbridos de radiación (RH). de secuencia.

Los mapas físicos de más baja resolución son los mapas cromosómicos o citogenéticos, que se basan en los patrones de bandas distintivas observadas por microscopía de luz en cromosomas teñidos. Los mapas RH y los mapas de secuencia son más detallados. Los mapas RH son similares a los mapas de ligamiento génico donde se muestran las estimaciones de la distancia entre marcadores genéticos y físicos. Los mapas de secuencia muestran marcadores genéticos, así como el espacio entre los marcadores, medidos en pares de bases. Estos mapas describen exactamente la posición de una secuencia o de un gen dentro de todo el genoma, pero no necesariamente de los genes codificantes de proteínas.

¿Cómo se construyen los mapas físicos?.

Lo básico es a través de bandeos cromosomales, como bandeo G o FISH, lo cual nos va delimitando ciertas regiones, pero el problema es que estas regiones son enormes, por lo tanto esto solo nos da una pequeña aproximación. Los más utilizados son los mapas de híbridos de radiación (RH) y los mapas en secuencia.

Los mapas RH utilizan la radiación de los rayos X sobre un cromosoma, cortando el DNA en varios fragmentos. Estos fragmentos más marcadores como polimorfismos, STS, etc. permiten la construcción de estos mapas, ya que se determina la posición del marcador dentro de uno de los fragmentos y se calcula, utilizando fórmulas matemáticas y computacionales, la distan~108~

Capítulo 11 | Proyecto Genoma Humano (PGH) La Secuenciación de los Genes cia existente ente una posición del marcador en un fragmento y la siguiente posición, pero en otro fragmento distinto, determinando así la distancia entre marcadores.

Una vez que se termina esto, se pueden utilizar los mapas de secuencias, ya que se conoce la posición del marcador en el fragmento, y por tanto, ahora se puede secuenciar cada fragmento para conocer la secuencia exacta de este. Construcción del mapa genético.

En el 2003, el Proyecto Genoma Humano (PGH) produjo una secuencia representativa completa del genoma humano. Esta se obtuvo de un compuesto de varias personas que donaron muestras de sangre. Originalmente, aproximadamente 100 personas donaron su muestra de sangre, pero de estas solo fueron utilizadas algunas.

Los objetivos del PGH eran los siguientes: • Identificar los aproximadamente 21.000 genes del ADN humano. • Determinar las secuencias de los 3 mil millones de pares de bases químicas que componen el ADN humano. • Almacenar esta información en bases de datos. • Mejorar los instrumentos para análisis de datos. • Transferencia de tecnologías relacionadas con el sector privado. • Abordar las cuestiones éticas, legales y sociales (ELSI) que puedan surgir del proyecto.

Antes de comenzar a secuenciar el genoma humano, científicos construyeron mapas de cromosomas y desarrollaron técnicas para refinar el DNA. Con estas herramientas en su lugar, los científicos del proyecto comenzaron la secuenciación a gran escala del DNA en 1999.

1) Mapeo. Para comenzar el PGH, los investigadores construyeron un mapa del genoma humano donde identificaron miles de secuencias de DNA como punto de referencia, de forma de utilizarlo como una guía que actúa a través de los cromosomas. Con suficientes puntos de referencia en su lugar, los científicos del proyecto crearon “librerías” de clones que abarcaban el genoma. Cada clon contenía una cantidad manejable de pequeños fragmentos de DNA humano que fueron almacenados en bacterias. Los científicos utilizaron los puntos de referencia para saber de que parte provenía cada fragmento. Esta aproximación clon por clon hizo posible corroborar la ubicación de cada secuencia de DNA.

2) Construyendo librerías. Las librerías de clones ofrecieron la misma ventaja que las librerías de verdad: acceder ordenadamente a la información. En la mayoría de las librerías clonales los fragmentos de DNA fueron almacenados en E. coli. Cada célula de E.coli almacenaba un solo segmento de DNA humano y representaba un solo libro de la librería. Las librerías de clones permitieron que se pudiera hacer un seguimiento de cada fragmento humano, permitiendo que fuera fácil de copiar.

3) Subclones. Las librerías de clones se prepararon usando cromosomas bacterianos artificiales, o BACs. Cada clon BAC contenía entre 100.000 a 200.000 bases de secuencia de DNA. ~109~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Los clones BAC largos se usaron para establecer el orden de las secuencias del DNA. Para secuenciar el DNA, se necesitaron clones más pequeños. Los científicos del proyecto cortaron los BAC largos en pequeños fragmentos de alrededor de 2.000 bases. Los fragmentos más pequeños fueron almacenados en bacteriófagos capaces de infectar a las células de E. coli.

4) Almacenamiento de E. Coli. Las células de E. coli que contienen fragmentos de DNA humano, u otro tipo de DNA, se pueden almacenar en refrigeradores de forma indefinida. Cuando los científicos necesitan recuperar DNA de la librería, simplemente reviven las células exponiéndolas a 37 grados centígrados (temperatura intestinal). Las células de E.coli actúan como “copiadoras”, produciendo muchas copias de secuencias del DNA humano que contienen. Para preparar la secuencia de DNA, un clon de células que contienen el mismo pedazo de DNA se libera dentro de un caldo. Estas células se sacuden vigorosamente para proveerles de aire, lo que provoca que se dividan rápidamente (una vez cada media hora). Después de incubarlas por una sola noche, una tercera parte de una cuchara para caldo contiene billones de células E.coli y así, billones de copias del particular fragmento de DNA que contenían.

5) Preparación del DNA para reacciones de secuenciación. A la mañana siguiente, las células E.coli se rompen para liberar su DNA. El DNA humano se separa de los restos celulares y se lava. Ahora hay suficientes copias del fragmento de DNA humano para construir una reacción de secuenciación.

6) Reacciones de secuenciación. Una secuenciación de DNA incluye varios ingredientes, el DNA “templado” copiado por la E.coli, bases libres, primers y una DNA polimerasa. Tanto la realización de DNA en células como la secuenciación de DNA en tubos de pruebas dependen del apareamiento de bases. La secuencia primer se une a su secuencia complementaria del DNA templado. Las bases libres que coinciden con la secuencia templada pueden adjuntarse a la nueva hebra que está creciendo en el extremo (3’) terminal. Entre las bases libres en la solución hay unas pocas que tienen un teñido fluorescente. Cuando una base teñida se une a la hebra en construcción, esta detiene la nueva hebra de DNA para que no siga creciendo más allá. Un tinte diferente se une a cada una de los 4 tipos de bases.

7) Productos de las reacciones de secuenciación. Una reacción completa de secuenciación contiene un ensayo de fragmentos coloreados de DNA. Los fragmentos más cortos corresponden al largo del primer más una base teñida. Los fragmentos más largos son usualmente entre 500 y 800 bases, dependiendo de cuando la reacción de secuenciación se atenuó. Los productos de las reacciones de secuenciación se introducen en una máquina de secuenciación automatizada.

8) Separación de los productos de la secuenciación. Las moléculas de DNA que se producen durante la reacción de secuenciación se separan entre ellas por electroforesis. Como las moléculas de DNA están cargadas negativamente, las máquinas de secuenciación crean un campo magnético y todo el DNA se mueve a través de un gel poroso hacia el electrodo positivo. El gel actúa como un colador. Los fragmentos de DNA más pequeños se mueven más rápidamente a través de los poros del gel que los fragmentos más largos/grandes de DNA. ~110~

Capítulo 11 | Proyecto Genoma Humano (PGH) Secuenciación de los Genes 9) Leyendo los productos de secuenciación. Para cuando cada fragmento de DNA alcanza el final del gel, un láser excita su teñido fluorescente. Una cámara detecta el color de la luz emitida y pasa esa información al computador. Uno por uno, la máquina registra el color de los fragmentos de DNA que pasaron por el gel. Una sola reacción de secuenciación puede revelar el orden de cientos de bases de DNA.

10) Ensamblando los resultados. Un programa computacional integra la información de las reacciones de secuenciación individuales. Este puede ubicar donde los fragmentos de DNA están solapados y ordenarlos como estaban originalmente en los cromosomas. Se necesitan muchas lecturas de las secuencias de solapamientos para generar una secuencia continua del tramo original del DNA. Durante el PGH, cada par de bases del DNA fue secuenciado un promedio de 9 veces. Algunos tramos fueron fáciles de leer y se necesitó secuenciarlos menos veces, mientras que otros tramos fueron más difíciles de leer y tuvieron que ser secuenciados más veces. 11) Secuenciación final del proyecto. Cada segmento de DNA que se extendía por 2000 bases o más, fue ensamblado y puesto en una base de datos pública las 24 hrs. Después de secuenciar un promedio de 9 veces las 3 billones de letras en el genoma humano, el PGH obtuvo el 99% de secuencias del DNA del genoma. Esta secuencia final fue de un 99,99% exacto.

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Análisis Genético en el Ser Humano

“L

o primero que se debe realizar para iniciar el estudio de algún rasgo, fenotipo o enfermedad es determinar el tipo de herencia”. ¿Cómo se puede demostrar en la especie humana que un carácter o rasgo es heredable, es decir, que constituye un fenotipo? Carácter es todo rasgo no asignable a un ser vivo, incluido el ser vivo completo. Fenotipo es todo carácter genéticamente determinado. Entonces debemos analizar cómo se determina que un carácter cualquiera es un fenotipo. Por ejemplo, en la Figura 1. se muestra una niña con un rasgo fenotípico anormal llamado microtia, esto es un defecto congénito caracterizado por la ausencia de alguna de las partes de la oreja o de la oreja completa, que puede afectar incluso el conducto auditivo externo.

Figura 1. Paciente con microtia. J Med Genet 1998;35:857-861

El proceso normal de formación del pabellón auricular izquierdo ocurre durante la 5ª10a semana de gestación El pabellón auricular se desarrolla a partir de seis tumefacciones mesenquimatosas (montículos auriculares), que derivan del mesodermo del primer y segundo arcos branquiales. A medida que la oreja crece, se reduce progresivamente la contribución del primer arco. El lóbulo es la última parte en desarrollarse. Los pabellones auriculares inician su desarrollo en la parte craneal de las estructuras que formarán el cuello. A medida que se desarrolla la mandíbula los pabellones se desplazan siguiendo la línea de Meckel hacia la parte lateral de la cabeza y ascienden hasta el nivel de los ojos . 1

1

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología La microtia se clasifica de acuerdo al tamaño, forma y extensión de la oreja. Principio fundamental es que la transmisión de este carácter no debe comportarse de acuerdo a la transmisión de los genes en las generaciones. Para saber si es que estas características de la microtia se atribuyen a algún patrón de herencia en particular, de transmisión Mendeliana, mitocondrial y/o atribuibles a factores ambientales, se realizan diferentes métodos de análisis.

Análisis segregacional o de contingencia familiar Método en que se analizan varias genealogías con las que se dispone de alguna enfermedad en forma simultánea para así confrontar los datos recogidos con los patrones de herencia esperados. Permite evaluar si un carácter posee distribución de tipo familiar o agregación familiar, es decir, si se presenta con mayor frecuencia en algunas familias que en la población general. Para entender la definición expuesta analiza el pedigrí de la derecha (Figura 2.) El objeto de estudio se identifica una mujer, que es hija única, producto de la primera gestación de sus padres no consanguíneos, ambos huérfanos, cuya madre nunca ha presentado abortos. Con estos datos, se hace insuficiente determinar el tipo de herencia del rasgo afectado. Por lo que tal genealogía no es informativa para el rasgo en cuestión ya que puede ser atribuida a cualquier patrón de herencia.

Figura 2. Ejemplo de genealogía. La flecha indica el objeto de estudio. El círculo pintado indica la enfermedad.

Figura 3. Genealogía amplificada. Todos los descendientes presentan la enfermedad.

Sin embargo, si se tiene algún antecedente de que la madre posee una hermana, y que además informa que sus hijos están igualmente afectados por el mismo rasgo (Figura 3), se puede generar las siguientes hipótesis: • ¿Autosómica dominante? Es posible si se tratara de una mutación de novo. • ¿Recesiva ligada al cromosoma X? No es posible. Explicación:

Tabla 1. Hipótesis para el ejemplo de la Figura3.

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Capítulo 12 | Análisis Genético en el Ser Humano Por lo tanto, para realizar el análisis se requiere de reunir la mayor cantidad de genealogías posibles con las familias de las personas afectadas. Idealmente las genealogías deben incluir cuatro generaciones o más, para que sea posible establecer un patrón de herencia. Debe recordarse que en las genealogías deben estar claramente separadas las generaciones, con números romanos o P de parental, F1 de primera generación filial, F2 la segunda generación, etc. (ver cuadro de interpretación de genealogías). Mientras mayor sea el número de familias consideradas y más miembros tengan éstas, cada una de las genealogías permitirá un análisis de contingencia mayor. Lo que normalmente se hace es tomar una genealogía con el patrón de herencia más sugerente, y por cada genealogía se determinan todos los patrones de herencias posibles mediante un software o a través de cálculos matemáticos.

Inconvenientes El inconveniente que presenta este tipo de análisis es que se requiere de familias numerosas y extensas. Además, si el rasgo que se busca es poco frecuente se dificulta la búsqueda de familias que lo presenten. Por ejemplo, es el caso de la niña con microtia. Se han reportado casos de ocurrencia que varía entre 1 de cada 10.000 a 20.000 recién nacidos vivos 2 , siendo una malformación ótica multifactorial del cual hay muy pocas publicaciones, por lo que no hay un tipo de herencia definido, no se ha descubierto el gen que cause la patología y sólo se conocen los genes de los síndromes a los que se encuentra asociado. Otro ejemplo es el Síndrome de Costello, cuya frecuencia es de 1 caso en Chile* y 150** en el mundo Este síndrome es multisistémico, causa baja estatura con fascie característica sobretodo en nariz y boca, y asociado a problemas cardíacos. En ambos casos, la determinación del patrón de herencia siguiendo este tipo de análisis se torna engorrosa ya que debe recurrir a buscar entre todas las genealogías existentes. En cambio, en el caso de la hipertensión arterial los datos se obtienen fácilmente debido a su alta prevalencia de esta entidad. En resumen, el método de contingencia familiar permite concluir que la agregación familiar de un carácter se debe a la presencia de factores genéticos involucrados en su expresión. Sin embargo, no informa sobre el número de genes involucrados ni sobre el modo de herencia de la patología.

Método de mellizos

En el mundo existe un aumento constante en la incidencia de embarazo gemelar desde los años 80 hasta el año 2000. La frecuencia de partos dobles en la especie humana es de 1/100 en la raza blanca; en razas africanas es un poco más frecuente, mientras que en asiáticos su tasa se ve disminuida. Se han considerado como posibles causas de incremento el retraso etario en el inicio de la maternidad, el amplio uso de técnicas de reproducción asistida y el extendido uso de inductores de ovulación, especialmente en pacientes que no tienen un diagnóstico certero de anovulación crónica. Este método, al igual que el anterior, nos permite evaluar si en la determinación de un rasgo participan factores genéticos. Consiste en comparar parejas de mellizos dicigóticos con parejas de mellizos monocigóticos, en cuanto a la presencia en ambos, del carácter a estudiar. Dependiendo del tipo de fecundación, los gemelos se clasifican en:

*Figueroa, H., Covarrubias, N., Santander, D., González A., Bravo, D., Urbina, M., Barra, R. Síndrome de Costello. Reporte de un caso.Presentado en “XLIX Congreso Chileno de Pediatría”. Valdivia. **Gripp, K. W., et al. (2005). HRAS mutation analysis in Costello syndrome: Genotype and phenotype correlation. American Journal of Medical Genetics (December 2005).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología 1. Monocigóticos o gemelos idénticos. (MZ) Son clones naturales, productos de un cigoto único fecundado que se divide en etapas tempranas del desarrollo embrionario antes del día trece. Respecto a la placentación, organi- zación anátomo funcional de los anexos ovulares, se subclasifican en monocigóticos monocorial o monoplacental-diamniótico (McDa) si el cigoto se divide entre el cuarto y el octavo día, con el 30% de los casos y monocorial-monoamniótico (McMa) si el cigoto se divide tardíamente entre el octavo y el décimo día con una incidencia de 1% de los casos. Si el cigoto se divide aún más tardíamente, después del décimo tercer día de gestación, sehabla de embarazo gemelar de tipo siamés.

2. Dicigóticos o fraternos (DZ) Resultado de la fecundación de dos óvulos por distintos espermatozoides en el mismo momento y no son más parecidos entre sí que cualquier pareja de hermanos. Respecto a la placentación se subclasifican en dicorial-diamniótico (DcDa) si el cigoto se divide antes del cuarto día, correspondiente al 70 % de los casos y monoplacental-diamniótico (McDa).

En gemelos monocigóticos, su genoma es idéntico en un 100%, incluso en su genoma mitocondrial, por lo que son clones de mayor calidad que los clones artificiales, que difieren en su genoma mitocondrial. Por lo tanto, cualquier diferencia que exista entre gemelos MZ será atribuible a factores ambientales, con variación genética de cero. Por ejemplo en EEUU, donde se tienen mayores registros de estudios de gemelos dados en adopción, se ha visto casos de diferencias de estatura, distintas sensibilidades ante la misma enfermedad, etc. todo casos atribuibles a la varianza ambiental. Los gemelos dicigóticos comparten sólo un 50% del genoma. Si se crían juntos en las mismas condiciones, de manera de reducir la varianza ambiental a niveles basales, las diferencias expresadas corresponderían a su componente genético. En el caso de mellizos DZ criados en las mismas condiciones, pero que presentan distintas estaturas, por ejemplo 1.80m y el otro de 1.50m, la diferencia estaría dada por un factor genético.

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Capítulo 12 | Análisis Genético en el Ser Humano Si ambos miembros de un par de gemelos comparten un rasgo (ej. Labio leporino) se dice que son concordantes, si no lo comparten son discordantes. La concordancia entre mellizos será mucho más alta en mellizos monocigóticos que dicigóticos si el rasgo que se analiza está determinado genéticamente; la concordancia será similar en ambos tipos de mellizos si los factores genéticos no son importantes.

Tabla 2. Concordancia de gemelos monocigóticos y dicigóticos para distintos rasgos.

La mayoría de los rasgos no son 100% genéticos ni 100% ambientales, pero se puede determinar cuál de los dos factores tiene mayor importancia, como lo ilustra la tabla 12.1. que compara el parecido entre mellizos monocigóticos y dicigóticos para distintos caracteres en estudio. A partir de esta comparación se infiere si participan o no factores genéticos en la determinación de un rasgo. El procedimiento consiste en buscar en la población individuos que posean la característica de interés, y que además, tengan un hermano mellizo. El carácter a estudiar es necesario que sea un rasgo cualitativo. En seguida se procede a investigar si el hermano mellizo es también portador de la característica, y si es mellizo mono/dicigótico del individuo índice o propósito. Por ejemplo, para las mujeres tener un ataque al corazón aparece con un componente genético mayor, pero no significativo, que en los varones monocigóticos (44% v/s 39%). Sin embargo si se compara las mujeres con infarto entre gemelos monocigóticos y dicigóticos la diferencia es significativa (44% v/s 14%) por lo que se puede atribuir que en las mujeres adquiere importancia el efecto del ambiente.

Genética cuantitativa

La genética cuantitativa es la rama de la genética que estudia los caracteres controlados por muchos genes, denominados poligénicos, y de sus propiedades genéticas en las poblaciones.

Tipos de caracteres Las observaciones que sirvieron de base a las Leyes de la Herencia se realizaron en caracteres cualitativos que expresaban diferencias de clase entre los fenotipos: ejemplo individuos de color negro o marrón, pelo largo o pelo corto, etc. Básicamente se pueden hablar de dos tipos de caracteres:

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología 1. Cualitativos: son aquellos rasgos que están determinados por uno o muy pocos pares de genes, por eso también son llamados oligogénicos. Presentan una variación cualitativa, discreta o discontinua. En una población se observan clases de individuos según el genotipo que presenten y el mecanismo de acción génica actuante.

2.Cuantitativos: otro tipo de características no pueden ser encuadradas dentro de una variación discreta, ya que para ellas puede existir un espectro de fenotipos que cambian imperceptiblemente de un tipo a otro. Son denominados cuantitativos, métricos o continuos, ya que son aquellos que pueden ser medidos en los individuos, por ejemplo el peso, altura, inteligencia. En estos casos debe calcularse el coeficiente de correlación, que varía entre -1,0 y +1,0; esto es un parámetro estadístico que mide el grado de semejanza de dos caracteres en una población. El cálculo de coeficiente de correlación se expresa mediante curvas de Odds Ratio.

Ejemplo: Determinación de la altura en cada miembro de un par de gemelos: Se mide y determina el coeficiente de correlación, y se estima por separado la muestra para los MZ y los DZ. Uno esperaría que este rasgo estuviera determinado totalmente por los genes si las alturas de los MZ son iguales. En este caso el coeficiente de correlación debe ser 1 (100% concordante), mientras que para los DZ sería de 0,5 (porque comparten el 50% de los genes). Por tanto, para todos los rasgos iguales el coeficiente de correlación es de 1, si son distintos será de -1, y si se da una correlación intermedia de 0,9 se traducirá en un rasgo que es 90% genético y 10% ambiental.

Ejercicios de Análisis En televisión dan un programa norteamericano en que hay unos gemelos, pero uno es alto y el otro tiene acondroplasia. (Figura 4) [Recordar que la acondroplasia es una enfermedad de carácter dominante]. Estos gemelos pueden ser idénticos, pero en este caso, independiente de que sean MZ o DZ, sólo uno tuvo una mutación.

¿Es posible predecir que la mutación fue heredada de uno de los padres? Se considera que ambos hermanos portan el gen acondroplásicos, sólo que uno lo expresa y el otro no. Para determinar el patrón implicado se requiere revisar la genealogía de esta familia; los hijos mayores son gemelos, y de ellos uno es de estatura normal y el otro es acondroplásico, ambos son varones, la madre es acondroplásica (Aa) y el padre es de estatura muy baja (aa), la tercera hija es normal y el cuarto hijo (aa) también. Ante este caso hay dos posibilidades: una es que los gemelos sean idénticos (MZ), por lo tanto ambos deberían ser heterocigotos (Aa), se sabe que deben tener al menosun alelo recesivo (a). En el individuo II-1 habría una mutación que revierte la mutación y serepara. La probabilidad de que eso ocurra es de diez billones de veces, es decir, muy improbable.

La reversión de una mutación para enfermedades monogénicas es rara, mientras que para enfermedades por escisión de triplete es más frecuente, y se observa que una generación que debiera estar afectada se mejora, siempre que los hijos sean del mismo padre. ~118~

Capítulo 12 | Análisis Genético en el Ser Humano La otra posibilidad, más creíble es asumir que II-1 y II-2 son gemelos DZ, ya que la madre al ser heterocigoto existe un 50% de probabilidad de transmitir el alelo recesivo “a” y un 50% de transmitir el alelo dominante “A”. ¿Por qué los hijos son altos si su padre es de estatura baja? 1.Influencia ambiental 2.Progresión a la media; la media norteamericana es alta, el padre es un extremo mientras que los hijos tienden a ir a la media.

Otra pregunta que suele surgir respecto a los gemelos es si es que es posible que los DZ sean hijos de distintos padres.

La especie humana en forma fisiológica no tiene poliovulación, la frecuencia de este evento es de 1/100, que es variable según la raza. Las mujeres pueden tener más de una ovulación y pudiera ocurrir que la mujer tuviera relaciones con más de un hombre al mismo tiempo o con poca diferencia de horas (por lo menos 24). En teoría podría ocurrir que dos gemelos DZ sean hijos de padres distintos. De hecho, se han descritos casos de madres cuyos hijos son de distintas razas (blanca y afroamericano). Otras especies, como los gatos pueden tener hijos de distintos padres. Una interrogante que también nace es acerca de parejas interraciales, y si sus hijos podrían ser uno de raza blanca y otro negro, la respuesta a esto es que los hijos tengan un color de piel perteneciente a un amplio espectro entre los colores de la raza blanca y la afroamericana, pero no serán ni blancos ni negros porque no son razas puras.

Figura 4. Genealogía que muestra gemelos discordantes para el rasgo acondroplásico

Parámetros poblacionales para caracteres cuantitativos: Cálculo de heredabilidad (H) a partir de correlaciones entre gemelos

La heredabilidad es la proporción de la varianza fenotípica total que es debida a causas genéticas; en otras palabras, la heredabilidad mide la importancia relativa de la varianza genética como determinante de la varianza fenotípica. Se pueden distinguir dos tipos de heredabilidad: la heredabilidad en sentido amplio (H) y la heredabilidad en sentido estricto (h2). (Véase capítulo 9). ~119~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología La fórmula para calcular la heredabilidad a partir de correlaciones de tasas de concordancia entre gemelos es: heredabilidad es igual a 2 por la correlación entre gemelos monocigóticos menos la correlación entre gemelos dicigóticos. Es decir: h = 2 (C MZ – C DZ ). Suponiendo que hay un rasgo totalmente determinado por los genes, la correlación del monocigótico será de 1, y la del dicigótico será de 0,5. h = 2 (1 – 0,5) h = 2 (0,5) h=1

Por lo tanto el rasgo es 100% determinado por los genes. (1= 100%). Aunque los estudios en gemelos proporcionan información valiosa, también se ven afectados por ciertos sesgos: •Siempre hay una mayor similitud ambiental entre gemelos MZ que los DZ, porque los gemelos MZ crecieron desde el útero en el mismo ambiente, desde el óvulo incluso, comparten el mismo ambiente celular, cosa que no pasa en los DZ. Los DZ pueden ser hasta de distintos sexos por lo que incluso el ambiente hormonal ya es diferente. •Presencia de mutaciones somáticas en los MZ, pudiendo ser que sólo uno tenga la mutación y el otro no. Ejemplo de ello es que uno de los gemelos nazca con un protooncogen y el otro no, lo que se ha observado. Un ejemplo que también puede darse es que la madre haya ingerido alcohol mientras estaba embarazada y uno de los gemelos haya recibido más que el otro. •Diferencias en el ambiente uterino de los gemelos. Los gemelos se implantan en ambientes uterinos distintos, el primer gemelo siempre es el último en salir y no el primero en nacer (aunque es lo contrario según la constitución), esto si el parto es vaginal, de ser cesárea sólo el gineco-obstetra puede determinarlo. El primer óvulo se implanta en la parte más alta del útero que es la mejor irrigada (esta zona tiene el endometrio más grande, con una decidua parietal mucho más amplia que le permite alimentarse mejor). Cada gemelo trata de eliminar al otro, luchando por sobrevivir, siendo el que está implantado en la zona uterina alta el de mayor peso al nacer, el que se enferma menos, y según postulan otros el que tiene mejor conducta.

Estudios de Adopción

Lo anterior se reafirma con los estudios de adopción. Los estudios con niños adoptados se utilizan para determinar la contribución de los genes a cierto rasgo multifactorial, independiente de si son gemelos o no. Por ejemplo, para determinar si el hijo de un esquizofrénico también lo será. Lo más probable es que si un niño crece con su padre esquizofrénico crezca aprendiendo un patrón de conducta esquizoide, pero qué pasaría si a este padre le quiten sus hijos y fueran adoptados por otra familia. Posteriormente se busca en registros para saber si los niños desarrollaron o no esquizofrenia y ahí se analiza el efecto que ejerce el ambiente. Los hijos de esquizofrénicos tienen una tendencia genética a desarrollar la enfermedad, pero que disminuye cuando son adoptados. Según estudios norteamericanos, el riesgo, viviendo con el padre esquizofrénico es de un 12% y de un 6% es adoptado. Aunque generalmente los estudios norteamericanos, durante la posguerra habían muchos niños que debían ser adoptados, ~120~

Capítulo 12 | Análisis Genético en el Ser Humano por lo que el gobierno incentivaba la adopción mediante aportes monetarios, por lo que varía la forma de crianza, al contrario de lo que ocurre en nuestro país y en Europa, donde la adopción no es incentivada por vía monetaria. Un estudio similar al mencionado pero realizado en Suecia muestra que la familia es un importante factor protector.

Lecturas Recomendadas • Figueroa, H., Covarrubias, N., Santander, D., González A., Bravo, D., Urbina, M., Barra, R. Síndromede Costello. Reporte de un caso. Presentado en “XLIX Congreso Chileno de Pediatría”. Valdivia. • Gripp, K. W., et al. (2005). HRAS mutation analysis in Costello syndrome: Genotypeand phenotype correlation. American Journal of Medical Genetics, published online December2005. • Marín, C., López, A., Zarante, I (2006). Microtia: una malformación olvidada. Etiolo-gía genética y estado del arte. 3, 80-90. • Martínez L., Palomino H., De Barbieri Z., Villanueva P. (2003), Bases genéticas del trastorno específico del lenguaje. Rev. Chile Fonoaudióloga; 4(1): 37-49 • Pardo R., Castillo S., Vieira A. (2006), Estudio genético de una familia con tres feno-tipos dentales diferentes. Rev. Med Ch 2006; 134: 1541-1548. • Pierce, B. (2002), Genetics A conceptual Approach. Capítulo 6. • Dr. Poblete, Embarazo Gemelar: Diagnóstico y manejo. Facultad de Medicina. Pontifi-cia Universidad Católica de Chile.

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ANEXO. INTERPRETACIÓN DE GENEALOGÍAS

Adopción (entre paréntesis se encierran las personas adoptadas. La línea punteada marca los padres adoptivos; la línea continua denota los padres biológicos) Matrimonio o emparejamiento

Familia: Padres con tres hijos, un varón y dos niñas según orden de nacimiento

Matrimonio consanguíneo Divorcio

Gemelos

Aborto espontáneo Sin descendencia ~122~

Emparejamientos múltiples

13

CAPITULO

L

Genética de Poblaciones

a genética de poblaciones no es otra cosa que el estudio de la herencia colectiva y la variación en los organismos que habitan un área o región, es decir, la distribución de los genes y genotipos de las poblaciones y el modo en que las frecuencias de los mismos se conservan o modifican. La variación en el seno de las poblaciones es la materia prima de la evolución.

Objetivos: • Entender las leyes de Hardy-Weinberg y su aplicación en el estudio de genética de poblaciones. • Conocer los diferentes mecanismos en la herencia de caracteres en una población. • Emplear las leyes de Hardy-Weinberg para hallar frecuencias alélicas, genotípicas y fenotípicas. Genética de poblaciones La variabilidad y segregación en una población están gobernadas por las Leyes Mendelianas (Ley de dominancia, Ley de segregación y Ley de segregación independiente). Las leyes de Mendel hacen referencia al individuo, en ellas se habla de alelísmo, de factor mendeliano y de cruce. Pero en la genética poblacional no es el individuo el que importa sino el conjunto de individuos, por lo tanto, no se utilizan las proporciones ni porcentajes si no que en su lugar se utilizan métodos estadísticos y frecuencias. La evolución desde la “perspectiva poblacional” es el cambio acumulativo en la composición genética de las poblaciones. Lo único importante es la trasmisión de genes y la población se considera como un conjunto de genes que cambia y que determinan por lo tanto un fenotipo. Desde ésta misma perspectiva la población mendeliana es un conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común. Que la segregación y variabilidad en la población está gobernada por las Leyes Mendelianas asume que: • Los individuos contribuyen igualmente al “pool genético” y tienen la misma oportunidad de reproducirse. • La frecuencia de los genes y sus alelos tienden a mantenerse constante por generaciones. No se pierden ni ganan alelos. • Los cruces son al azar, no por selección. En una población existen dos conceptos importantes a considerar: • Variación genética o polimorfismo genético: existencia en una población de dos o más formas alélicas en frecuencias apreciables. ~123~


ción.

• Frecuencia génica o alélica f(A): es la proporción de un alelo particular en la pobla-

La evolución hace que los alelos cambien de acuerdo a las necesidades de adquirir una capacidad para adaptarse al medio. Un ejemplo claro de evolución es la Geómetra del abedul o Biston betularia (Figura 1): antes de la revolución industrial estas mariposas eran de color blanco, pero posterior a la revolución industrial la gran cantidad de hollín emanado de las fábricas, se acumuló sobre los árboles, lo cual volvía presa fácil a las mariposas que se posaban sobre ellos. Fue entonces que “apareció” una variante de la Geómetra del abedul de color negro lo cual deja en evidencia la evolución, se debe tener claro que no cambian los genes, sino que se modificaron las proporciones entre el alelo negro y blanco para el color de la mariposa, con una desviación favorable al negro ya que era el alelo que aseguraba una mayor sobrevida de las mariposas.

Figura 1. Fenotipos de Geómetra americana "sal y pimienta", Biston betularia cognataria: típico (wild type) (derecha); intermedio (medio); melánico (f. swettaria) (izquierda). Journal of Heredity 2004:95(2):97–102

Ley de Hardy – Weinberg

Una de las preguntas que se realizaron a principio del siglo XX fue ¿Por qué no aumentan las enfermedades dominantes? (por ejemplo, con el tiempo uno debiera esperar que la población acondroplásica aumente considerablemente, lo que no es así). En el año 1908, y en forma independiente, el matemático inglés Godfrey Hardy y el Médico alemán Wilhelm Weinberg, basándose en el cuadrado de binomio formularon una ley que permitió dar respuesta a esta interrogante: la Ley de Hardy – Weinberg, la cual establece que:

• La frecuencia de un alelo y las frecuencias genotípicas de una población tienden a permanecer igual por generaciones. • Si ocurre algún cambio en la frecuencia indica que ha ocurrido evolución. [p(A)+q(a)] 2 = (p 2 (AA) + 2pq(Aa) + q 2 (aa)) = 1

Donde: • p(A) es la frecuencia del alelo A.

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Capítulo 13 | Genética de Poblaciones Para sacar la frecuencia del alelo A: p(A)= [p 2 +½(2pq)] / (p 2 + 2pq + q 2 )

• q(a) es la frecuencia del alelo. Para sacar la frecuencia del alelo a: q(a)= [q 2 +½(2pq)] / (p 2 + 2pq + q 2 )

NOTA: Para poder predecir las frecuencias genotípicas, frecuencia de un gen o frecuencia fenotípica de una población se puede hacer sólo si se conoce el patrón de herencia de la característica a estudiarse.

Predicción de frecuencias según patrón de herencia

Codominancia o dominancia incompleta

La codominancia se refiere a que los alelos producen efectos independientes en forma heterocigota a la que producen en forma homocigota, como por ejemplo el tipo de sangre AB0. Por otro lado la dominancia incompleta significa que hay expresión de dos alelos en un heterocigoto que lo hace diferente (de fenotipo intermedio) a los parentales homocigotos, por ejemplo el color de pétalos de “Don Diego de la noche” (Figura 2) en que podían resultar flores rosadas al cruzar flores blancas y rojas.

Figura 2. Mirabilis Jalapa, conocida como Don Diego de la noche. RR: alelo para plantas de flores rojas; BB: alelo para plantas de flores blancas; RB: alelo para plantas de flores rosas. Esta última ejemplo de herencia intermedia.

Ejemplo de predicción de frecuencias en un patrón codominante: Antígenos de la serie M-N en los eritrocitos humanos. Población total: 200 personas, de los cuales: 58 son tipo M 101 son tipo MN 41 son tipo N. Recordando que para sacar la frecuencia del alelo A, p(A)= [p 2 +½(2pq)] / (p 2 + 2pq + q 2 ) y para sacar la frecuencia del alelo a, q(a)= [q 2 +½(2pq)] / (p 2 + 2pq + q 2 ). Si reemplazamos tenemos que: p(M)= [M +½(MN)] / (M + MN + N)] = 58 + (½) 101 / 200 = 0.543 q(N)= [N +½(MN)] / (M + MN + N)] = 41 + (½) 101 / 200 = 0.458 ~125~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Al expandir el binomio obtenemos las frecuencias calculadas:

[p(M)+q(N)]2 = M2 + 2MN + N2 = 0.5432 + 2* 0.543*0.458 + 0.4582 [p(M)+q(N)]2 = 0.294 MM+ 0.496 MN + 0.209 NN

Si se multiplica cada una de las frecuencias x200, vemos que se acercan a los valores observados:

0,294x200 = 58.8

0,496x200 = 99.2

Dominancia Completa

0,209x200 = 41.8

En este caso los individuos heterocigotos no se pueden diferenciar de los homocigotos dominantes. Ejemplo de predicción de frecuencias en un patrón dominante Asumiendo que la presencia del antígeno Rh (Rh+) se debe a un alelo dominante ‘‘R’’ y que la ausencia del antígeno (Rh-) se debe al alelo recesivo ‘‘r’’. Un genotipo Rr y RR producen Rh+, mientras que rr produce Rh-. Se tomaron 100 personas al azar de una población y se obtuvieron: 25 Rh- (ausencia del antígeno Rh) 75 Rh+ (presencia del antígeno Rh) La frecuencia de r se estima: q 2 (rr)= 25/100= 0.25 q (r) = √0.25 = 0.5

Si p+q = 1, entonces 1- q = p y reemplazando tenemos que: 1 – 0.5 = p. Por lo tanto p = 0,5

Entonces las frecuencias estimadas de los genotipos RR y Rr son: p 2 (RR)= (0.5) 2= 0.25 2pq(Rr)= 2(0.5)(0.5)= 0.50

Y el porcentaje de cada uno de ellos: 25 RR y 50 Rr.

Alelos Múltiples

Se habla de alelos múltiples en el caso en que un gen en particular se encuentra en tres o más formas alélicas en una población. Ejemplo de predicción de frecuencias en un patrón de alelos múltiples Para los genes con múltiples alelos las proporciones de la Ley Hardy-Weinberg se expanden: (p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq + 2qr + 2pr

~126~

Capítulo 13 | Genética de Poblaciones

Tabla 1. Ejemplos de la serie ABO en tipos de sangre.

Se encuestaron 600 estudiantes entre los años 1975-1979 para saber su tipo de sangre, y obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 2. Cálculo de frecuencia fenotípica en fenotipos de la serie ABO.

Frecuencias alélicas: p( IA ) =1-√(B+O) = 1- √0.118+0.502 = 0.213 q( IB ) =1-√(A+O) = 1- √0.345+0.502 = 0.080 r( i ) = √O =√0.502 = 0.708

Entonces la frecuencia fenotípica esperada: p 2 +2pr = 0.045 + 0.301=0.346 x 600 personas = 207.8 (TipoA) q +2qr = 0.0064+0.113=0.119 x600 personas = 71.6 (TipoB) 2pq = 2[(0.213)(0.080)]=0.0340 x 600 personas = 20.4 (TipoAB) r 2 = 0.502 x600 personas = 301.2 (TipoO) 2

Genes ligados al cromosoma X

Se refiere a genes que se encuentran exclusivamente en el cromosoma X. Ejemplo de predicción de frecuencias en un patrón ligado a X Ejemplo: Hemofilia y daltonismo, son enfermedades que se transmiten por un gen recesivo (Xh). Para los genes ligados al cromosoma X la frecuencia del alelo se estima utilizando la frecuencia del fenotipo en hombres (hemicigotos) en la población. Si tenemos una población donde el 4% de los hombres tienen daltonismo (Xc) y 96% son no daltónicos (Xc+), entonces: p(Xc+)=0.96 q(Xc)=0.04. ~127~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología El genotipo y fenotipo esperado en mujeres puede ser calculado: q (XcXc) = (0.04)2 =0.0016 2pq (Xc+ Xc) = 2(0.96)*(0.04)=0.0768 p 2 (Xc+ Xc+) = (0.96)2=0.9216 2

Por lo tanto: q 2 (XcXc) = 0.0016 daltónicas 2pq (Xc+ Xc) + p2 (Xc+ Xc+) = 0.9984 normales

NOTA: Cuando el número de mujeres afectadas es mucho menor que el de hombres afectados indica que está envuelto un gen ligado a X.

Condiciones necesarias para mantener el equilibrio de Hardy-Weinberg

•Mutaciones -Asumen que no hay mutaciones -No es muy significativo ya que normalmente estas ocurren en el orden de 1x10- 5 o 1x10- 6 .

•Migración -Asumen que no hay migración. -Si ocurre migración se pueden introducir nuevos genes a la población, puede ocurrir variabilidad.

•Selección -Asume que no hay selección. -Pero en la práctica algunos genotipos tienen mayor “preferencia” para reproducirse que otros.

•Deriva genética -Asume que no hay cambios en la frecuencia alélica debido a fluctuación al azar. -Asume que las poblaciones son grandes.

•Todos los individuos se cruzan.

•Todos producen la misma cantidad de hijos. Si una o todas estas condiciones ocurren en una población no hay evolución, sin embargo este no es el caso de las poblaciones en la naturaleza. Otra característica importante es que la población sea numerosa.

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Capítulo 13 | Genética de Poblaciones

La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas

Figura 3. Factores que cambian las frecuencias génicas en las poblaciones

Consecuencias de los supuestos de la Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg

• Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias aléli-

cas podemos predecir las genotípicas. •Equilibrio alélico y genotípico. -Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico) -Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). No obstante, después de una generación de apareamiento aleatorio, se restablece el equilibrio genotípico. •Sistema conservativo, análogo al principio de inercia (no hay cambios). Solución al problema de cómo se conserva la variación genética •Modelo nulo por excelencia, aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población Desviaciones del apareamiento aleatorio: •Apareamiento clasificado: los distintos fenotipos no se aparean al azar. Se clasifican en dos tipos: -Apareamiento Positivo: tendencia a aparearse con fenotipos semejantes (altura, color de piel, etc.) -Apareamiento Negativo: tendencia a aparearse con fenotipos opuestos. •Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto opuesto).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología NOTA: Para diferenciar ambos conceptos se debe considerar que el apareamiento clasificado afecta a los fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma. Esto es importante porque el apareamiento clasificado no conlleva el riesgo de enfermedades recesivas en los hijos.

Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorio

•Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg: -Mayor homozigosidad: apareamiento clasificado positivo (solo para los genes del fenotipo clasificado) y endogamia (todo el genoma). -Mayor heterozigosidad: apareamiento clasificado negativo. •No hay cambios en las frecuencias alélicas.

Lectura recomendada •Walker, L (1998). Problemas de genética: ejercicios individuales con soluciones fundamentadas y datos reales sobre genética. Santiago: Comité de Publicaciones Científicas, Vicerrectoría de Asuntos Académicos y Estudiantiles, Universidad de Chile: Universitaria.

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14

CAPITULO

U

Anomalías Congénitas

na malformación 1 congénita es una anomalía del desarrollo morfológico, estructural, funcional, molecular que está presente al nacer, no importa que se manifieste años más tarde, externa o interna, familiar o esporádica, hereditaria o no, única o múltiple (OMS, 2005). Mientras que, una anomalía menor hace referencia a anomalías que no producen alteraciones funcionales graves, sino que más bien estéticas. Por ejemplo la presencia de un dedo extra. Remitiéndonos al primer capítulo, es necesario recordar que estas anomalías representan un número importante de las patologías genéticas:

• • • • •

7,6 millones de niños afectados cada año. 90% en países no desarrollados. En países desarrollados son la segunda causa de mortalidad neonatal e infantil. Prevalencia al nacer 25 a 60 por 1000 nacidos vivos. Importante causa de hospitalización y alto costo económico.

Ésta última aseveración además contempla el concepto de años de vida potencialmente perdidos (AVPP): Una persona que no aporta desde el punto de vista económico al país; no solamente implica lo que se gasta en mantenerla, sino además refiere al potencial perdido que se desaprovecha de aquella persona como contribuyente al país. Si bien las malformaciones congénitas presentan una curva en aumento con una pequeña pendiente debido principalmente a una mejora de nuestras capacidades de mantener vivos a estos niños, gracias a las UCI neonatales, este aumento no es tan significativo. Sin embargo, la disminución de otras patologías como causa de mortilidad, como la desnutrición, las enfermedades infectocontagiosas ya sean respiratorias y digestivas, ha permitido que las malformaciones congénitas tengan hoy en día una mayor importancia relativa.

En Chile no existe un registro de malformaciones congénitas dependientes del estado. Sin embargo, una iniciativa académica, el ECLAM (Estudio Colaborativo Latinoamericano de Malformaciones congénitas) que reúne a un conjunto de médicos y Universidades, que hace un registro en las principales maternidades de los países involucrados. El termino malformaciones comenzaremos a reemplazarlo por anomalía ya que es un término más amplio y menos peyorativo. 1

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología En Chile participa el J.J. Aguirre (U. de Chile) y algunas otras maternidades donde por períodos esporádicos se incorporan investigadores; reportándose para el período 1995-2008 un total de 374.640 nacimientos en las maternidades del ECLAM, de los cuales 11.866 presentaron una anomalía congénita (3,1%). Lo cual nos situa por sobre el resto de los países de Latinoamerica, debido a que Chile es el único país latinoamericado donde no hay aborto, (hay un sesgo en otros países: muchos de ellos no nacen).

Figura 1. Gráfico que señala la evolución de las tasas de mortalidad infantil en Chile por grupo de causas respiratorias, infecciosas, perinatales, congénitas y otras, entre 1970 y 1990. Se observa una disminución especialmente en las muertes de causas respiratorias e infecciosas, así como las perinatales. Romero, M. I. 1994, 23(1):10-14.

Según la Figura 1 se observa que en el período 1970 a 1990 han disminuido especialmente las muertes de causas respiratorias e infecciosas, así como las perinatales. La tasa de mortalidad por causas de enfermedades congénitas se ha mantenido sin variaciones y su proporción varía de acuerdo al número de nacimientos. En la Tabla 1 se muestra las principales variaciones de las causas específicas en el período 1962-1990. Destaca el importante aumento de las congénitas cardíacas y del sistema nervioso central, así como el descenso de sarampión, diarreas y neumonías. Los diferentes descensos han modificado la importancia relativa de las causas de muertes; las anomalías congénitas aumentaron su proporción de 4,1% a 22,9% de las muertes y los traumatismos y envenenamientos desde 1,4% a 14,8%. Es probable que en este último grupo, que también presentó un aumento de la tasa específica, haya influido un mejor registro estadístico. (Romero, M.I. 1994).

¿Qué tan frecuente es que nazca un niño con una anomalía congénita? 1 de cada 30 a 50 Recién Nacidos (RN) tienen una anomalía. 1 o 2 de cada 10 RN con anomalía muere, y 2 de cada 10 muertes en niños mayores de 1 año se debe a que ese niño tiene una anomalía congénita. ~132~

Capítulo 14 | Anomalías Congénitas

Tabla 1. Ejemplo de mortalidad infantil por causas específicas por cada 10.000 nacidos vivos en Chile. Variaciones más importantes 1962-1990. Destaca el importante aumento de las congénitas cardíacas y del sistema nervioso central, así como el descenso de sarampión, diarreas y neumonías. Romero, M.I. 1994, 23(1):10-14.

Algunos Datos Relevantes •Mortalidad Fetal Tardía 4,1 %o (10% AMC): Se define como la muerte previa a la expulsión o extracción del producto de la concepción a partir de las 28 semanas de gestación o un peso superior a los 1 000 g. (OMS, 1997). •Mortalidad Neonatal precoz 4,5 %o (40% AMC): Aquellos que mueren dentro del primer mes de vida. •Mortalidad Perinatal 8,6 %o (25% AMC): aquellos que mueren en las últimas semanas de gestación más los que mueren después de nacer.

Además el costo promedio en prestaciones a servicios de RN con anomalías congénitas en Chile fluctúa entre los 30 y 160 millones de pesos, es decir sumamente elevado. Por otro lado en la IV región presenta en la comuna de La Higuera una tasa muy elevada de mortalidad infantil por anomalía congénita. En general, las poblaciones más expuestas a pesticidas o influencias ambientales de tipo mineras son los que más presentan riesgo.

Aspectos Embriológicos Entender el cómo nos vamos a formar, permite a su vez entender cómo ese intrincado proceso falla y se originan las anomalías congénitas, la fisiología y la fisiopatología se basan en un desarrollo humano normal. El desarrollo humano, que se inicia cuando se produce la fecundación, es el proceso biológico por él que los organismos vivos atraviesan fases embrionarias y fetales menos diferenciadas e inmaduras hasta alcanzar la madurez sexual, repitiendo el ciclo vital haploide/diploide. En humanos de divide en 4 fases: ~133~


•Pregénesis o gametogénesis (a una velocidad muy rápida en ♂ y más lenta en ♀). •Blastogénesis (desde fecundación hasta embrión trilaminar). •Organogénesis (desde período somítico a la quinta semana) •Fenogénesis o fetogénesis (crecimiento del embrión una vez ya formado).

Los distintos agentes que puedan provocar anomalías, ya sean teratogénicos o ambientales, pueden actuar a distintos niveles y llegar a producir distintas aberraciones. La lógica dice si algo afecta al cigoto rápidamente lo más probable es que dañe todo el organismo y eventualmente muera, pero a medida que vamos avanzando vamos acortando los períodos de formación y por lo tanto podemos ir determinando el día y el momento exacto en que ocurrió una anomalía. Pregénesis La pregénesis son todas aquellas fases que incluyen: •Separación de las células somáticas y germinales en la ontogenia temprana 2 de los padres. •Migración de las células madres de los gametos a las primitivas cintillas gonadales. •Diferenciación de esas cintillas en testículos u ovarios. •Formación del óvulo y espermatozoide (meiosis). •La fecundación. •La carigamia (fusión de pronúcleos masculino y femenino, para formar un ser diploide). Se clasifica en singamia y anfimixis.

La integridad del proceso de pregénesis y de la recombinación meiótica es la esencia de la Supervivencia de la especie humana. La especie humana ha tenido éxito, pero en muchas ocasiones la pregénesis tiene fallos dando lugar a tasas altas de aneuploidia en óvulos y espermatozoides y en el huevo preimplantatorio, tasas altas de no disyunción en la 1ª división celular, y poliploidía debida a polispermia que afecta a los pronúcleos o corpúsculos polares.Se ha estimado que hasta el momento de la fecundación, hasta la mitad de los cigotos humanosson aneuploides o poliploides y que el total de abortos puede llegar a ser del 80-90 %. La etapa de la vida del ser humano con mayor riesgo de mortalidad corresponde a las primeras etapas del desarrollo. Dado que 2/3 de los abortos espontáneos obedecen a aberraciones genéticas, se puede entender este delicado proceso reproductivo como un mecanismo de selección natural.

Blastogénesis Es el proceso que va desde la primera división celular hasta el final de la gastrulación, desde el día 1 al 28 en humanos (primer mes) incluye:

2 Lo que ocurre durante el primer desarrollo embrionario. Al final de la quinta semana, inicios de la sexta, las células germinales migran desde el mesenterio para llegar a la cresta genital, aquellos que tenían SRY se diferenciaron en hombres y los que no en mujeres. Desde allá empieza el crecimiento, los varones quedan silentes hasta la adolescencia para iniciar su proceso meiótico mientras que en las niñas se inició rápidamente alrededor del tercer mes para quedar detenido en diploteno alrededor del sépimo mes.

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•Implantación del blastocisto maduro en la pared del útero y establecimiento de la circulación materno-embrionaria/fetal. •Embriogénesis (masa indiferenciada pluripotencial de células), en las que solo un número de células formará el embrión definitivo.

Parte con la migración de este cigoto que se va dividiendo hasta el estado de mórula y gástrula, para luego implantarse, formar el disco trilaminar, los esbozos de anexos placentarios y finalmente el embrión trilaminar, con la aparición del tubo neural que es el esbozo del sistema nervioso. La Gastrulación es la condición sin la cual no hay establecimiento de la línea media: plano imaginario que divide al embrión en 2 mitades derecha e izquierda (por donde van a migrar las células del ectodermo), segmentación, formación de lateralidad y neurulación. La línea media es una de las partes más vulnerables del embrión (cientos de mutaciones). El establecimiento de la línea primitiva, da lugar a la formación de 3 hojas embrionarias: •Ectodermo: piel y sistema nervioso central. •Endodermo: sistema pulmonar y gastrointestinal •Mesodermo: tejidos esquelético, muscular, conectivo y sistema excretor.

La cresta neural origina el cráneo, estructuras del cuello, región conotruncal del corazón, médula suprarrenal, S. Nervioso autónomo. Estos detalles son fundamentales: en Inglaterra se considera que, mientras el embrión en desarrollo no concluya la formación del tubo neural, éste no existe aún como un organismo viviente, sólo la aparición del sistema nervioso condiciona al embrión como ser humano propiamente tal. Por lo tanto, partiendo de este supuesto, se puede intervenir y manipular los embriones para investigaciones por ejemplo, antes de la aparición de la gástrula (día 13). Otros consideran que somos seres humanos vivientes desde la fecundación, y otros consideran que es durante el nacimiento. En algunas sociedades han establecido por ejemplo, que una persona no es considerada como tal hasta cumplir los dos años de edad. Este es el caso de los mapuches, que empleaban el término “guagua” para referirse a cualquier infante menor de dos años, y una vez cumplidos se reemplazaba por el verdadero nombre.

Morfogénesis Va desde el día 29 al 56 y es donde tenemos un desarrollo morfológico grosero y termina el proceso de histogénesis antes iniciado (para determinar función final específica de cada órgano y tejido). Cuidado en valorar ciertas malformaciones pueden tener en alguna ocasión origen en blastogénesis (hipospadias, polidactilia postaxial). Este es un período de alto riesgo de aparición de malformaciones, entonces si uno ve que está alterado un órgano uno puede asumir que todos los que se estaban formando ese día podrían encontrarse alterados. Un ejemplo es la formación de la oreja es paralela a la formación del riñón, entonces si un niño nace con microtia (revise cap. 12), “si bien es una patología que es molesta se puede corregir; lo que nos debe llamar la atención ante esto es que probablemente ese niño tenga una malformación al riñón ”. 3

No se ha encontrado relación significativa entre malformaciones renales y microtia. Marín, C., López, A., Zarante, I (2006). Microtia: una malformación olvidada. Etiología genética y estado del arte. 3, 80-90. Sin embargo, a excepción del papiloma cutáneo pre auricular, en un niño con anomalía en la oreja se debe buscar dirigidamenteuna alteración renal (solicitar ecotomografia abdominal). 3

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología A excepción del papiloma cutáneo pre auricular, en general, un niño con anomalía en la oreja se debe buscar dirigidamente una alteración renal (solicitar ecotomografia abdominal). Un papiloma preauricular se trata de una anomalía menor producto de una falla en el ectodermo que forma el pabellón auricular. Son habitualmente bilaterales y de carácter familiar. La clásica asociación a malformaciones renales es muy baja. El problema del papiloma es estético y de la fístula preauricular las infecciones se operan en forma electiva después de los 6 meses. Teoría del Desarrollo Heterogeneidad: fenómeno por el que anomalías aparentemente idénticas se producen por diferentes causas, como mutaciones mendelianas, teratógenos, aneuploidia, causas multifactoriales, etc. Ello identifica las unidades dismorfogenéticas del embrión: todos los componentes morfológicos reaccionan juntos en respuesta a una causa. Son las zonas o campos de desarrollo Por ejemplo en una unidad o campo de desarrollo tenemos distintas causas intrínsecas o extrínsecas, da lo mismo; tenemos distintos órganos A B C D que se están desarrollando al mismo tiempo, por lo tanto al alterarse, todos aparecen con malformaciones. Los síndromes clínicos por lo general traducen efectos de unidades del desarrollo, obviamente que la primera unidad del desarrollo es el mismo embrión, entonces una anomalía ya sea cromosómica o de un monogen, o de impronta, o ya sea por agentes químicos, físicos, biológicos, van a producir siempre las mismas estructuras que se están desarrollando.

Campo Primario: se refiere al embrión completo en el desarrollo temprano. Si el agente actúa cuando se está desarrollando todo el embrión vamos a hablar de la blastogénesis, por ende va a afectar a todos los órganos y tendremos a un niño con múltiples anomalías congénitas. Por ejemplo los niños con Síndrome de Down (no los mosaicos) tienen malformaciones en todos sus órganos o si una madre se expone a un agente teratógeno como la talidomina, el niño nacerá con múltiples malformaciones y como justo lo tomó ese día y no una semana después va a tener más malformaciones, hay zonas que se afectan más, porque el daño nunca es homogéneo, si fuese un virus pro ejemplo que ingresan por el torrente sanguíneo, si ustedes recuerdan como es la circulación feto-placentaria, se va a dirigir primero hacia la cabeza. La determinación de campos, es regida por información molecular que es muy similar en vertebrados e invertebrados, es decir existe una homología, por la que una estructura similar en diferentes animales se forma mediante procesos semejantes de desarrollo debido a causas similares (ancestro común). Los campos de desarrollo pueden ser monotópicos y politópicos. Los primeros son aquellos donde ocurren defectos que se agrupan localmente, es decir, desde el punto de vista anatómico son contiguos, como la holoprosencefalia lobar. Los politópicos presentan malformaciones en dos o más conjuntos entre sí.

Genes del Desarrollo en Vertebrados Son genes extremadamente conservados y agrupan una serie de familias. Esta universalidad molecular es evidente en el establecimiento de los campos progenitores que da lugar a las partes y órganos principales del cuerpo y explica la filogenia, observando las mismas malformaciones en organismos diferentes (filogenéticamente) como respuesta a las mismas causas. Muchos genes siguen actuando no sólo en el campo primario, sino también en los campos secundarios, y ello explica la Pleiotropia y los efectos múltiples de un gen único. ~136~

Capítulo 14 | Anomalías Congénitas Malformaciones Se producen durante la formación de las estructuras, es decir, durante la organogénesis. Pueden dar por resultado la falta completa o parcial de una estructura o alteraciones de su morfología normal. Las malformaciones son ocasionadas por factores ambientales o genéticos, o de ambos tipos, que actúan independientemente o en forma simultánea. La mayor parte de las malformaciones se originan durante la tercera a la octava semana de la gestación. Ver Figura 2.

Figura 2. Ejemplo de malformación. Niños con paladar hendido. El paladar se forma entre la sexta y novena semanas del embarazo. Un paladar hendido se produce cuando el tejido que forma parte del techo de la boca no s fusiona correctamente. Algunos recién nacidos presentan hendiduras en la parte anterior y posterior del paladar. Otros solo tienen una parte del paladar hendida. Human Molecular Genetics, 1999, Vol. 8, No. 10 Review

Disrupciones Provocan alteraciones morfológicas de las estructuras una vez formadas y se deben a procesos destructivos. Los accidentes vasculares que conducen a atresias intestinales y los defectos producidos por bandas amnióticas son ejemplos de factores destructivos que producen disrupciones. Es importante porque es defecto mecánico que no se repite entonces uno puede dar un consejo genético y decirle a la paciente que el caso fue algo fortuito y suerte, pero que mientras se cuide será algo que no volverá a ocurrir.

Deformaciones Obedecen a fuerzas mecánicas que moldean una parte del feto durante un período prolongado. Sin embargo la estructura del pie es normal y los genes para formar ese pie también son normales, tiene todos los huesos y estructuras sólo que están puestos en una posición anómala; es reversible, con terapia kinésica y rara vez con cirugía son niños que se recuperan. El pie zambo o pie bot, que se debe a la compresión en la cavidad amniótica, es un ejemplo. Con frecuencia las deformaciones afectan al sistema músculo esquelético y pueden ser reversibles en el período postnatal. Ver Figura 3. El pie bot corresponde a una compleja deformación congénita del pie, caracterizada por la existencia de cuatro deformidades simultáneas: equino, varo, aducto y cavo. Está considerado dentro del grupi genérico del llamado pie zambo. Se define como tal a aquel que presenta algún grado de deformidad en la estructura arquitectónica de su esqueleto. Se incluyen en este ~137~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología grupo el pie plano-valgo, el pie cavo o equino, etc. el pie bot, es por tanto, una variedad de pie zambo, que muestra todas las deformaciones posibles dentro de un pie.

Figura 3. Ejemplo de deformación. Bebé pie zambo. Es una deformación relativamente frecuente, y conforman, junto a la luxación congénita de la cadera y la escoliosis, el grupo de las más destacadas deformaciones esqueléticas del niño. BMJ 2010;340:c355 (2010 February).

Síndrome Se refiere a un grupo de anomalías (malformaciones, disrupciones, deformaciones) que se presentan al mismo tiempo y tienen una etiología específica en común. Este término indica que se ha hecho el diagnóstico y que se conoce el riesgo de recurrencia.

Asociación Se refiere a la aparición no aleatoria de dos anomalías o más, que se presentan juntas con mayor frecuencia de lo que cabría esperar por probabilidad únicamente, pero cuya etiología no ha sido determinada.

Secuencia o Complejo formativo Presencia de dos o más malformaciones vecinas provenientes del mismo origen embriológico o secuencial en un mismo proceso patogénico. Aquí la malformación está presente en un punto que sirve de base para la formación de otros órganos y al alterarse va a provocar un daño. En la Figura 4 se muestra un bebé con síndrome de Pfeiffer que es un transtorno raro asociado con la fusión prematura de las suturas del cráneo (craneosinostosis), los pulgares anchos y desviados, los dedos de los pies grandes y la fusión de las manos (Sindactilia). Afecta aproximadamente a 1 en cada 100.000 individuos 5 . Es causado por una mutación en el gen del receptor 1 o 2 del Factor de Crecimiento de Fibroblasto (FGFR 1 ó 2).

Extraído de Dr. Richard, J. (2010). Guía para entender el Síndrome de Pteiffer. Children´s Craniofacial Association, Dallas, TX. 5

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Figura 4. Ejemplo de un niño que padece del Síndrome de Pfeiffer. Se observa la formación de craneosinostosis por el cierre prematuro de las fontanelas craneales. European ournal of Human enetics 200 1 , 2 2 .

Figura 5. Esquema que resume los conceptos de malformación, disrupción, deformación y displasia. La línea continua señala el desarrollo normal, la línea discontinua indica la adquisición de la anomalía.

En la Figura 5. se resume los conceptos antes mencionados. El proceso de desarrollo

normal parte desde nuestro campo genético normal “ ” y sigue un continuo hasta el proceso final “ ” en que está el órgano formado. En la malformación partió mal desde el principio ya sea por causa genética o ambiental, y por lo tanto llega mal siempre. En la disrupción partió bien y algo, un agente externo no genético lo bloquea. En la deformación este agente externo no es tan potente como para bloquearlo, pero si provoca un cambio aunque llega hacia el final. La displasia es la anomalía de un solo tejido, los órganos tiene siempre parte de las tres capaz ~139~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología embrionarias en general; la displasia es la anomalía de una sola de ella, por ejemplo la displasia esquelética: la extremidad se forma completa, los músculos, los vasos, los nervios de esa pierna son normales pero el esqueleto es anormal y al ser anormal se traduce en una pierna anormal. ¿Por qué dentro de las anomalías se cuentan las disrupciones o deformaciones si se tratan de procesos azarosos? Porque son alteraciones de tipo mecánicas o vasculares, no solamente las bandas amnióticas producen disrupciones. Un fenómeno trombomebólico en el que pasan coágulos a la sangre a través de la placenta pueden provocar microinfartos en una zona impidiendo su desarrollo y eso se ve con bastante frecuencia. El embarazo es un estado pro-coagulante, la mujer debido a la compresión abdominal, el exceso de peso y a los cambios hormonales tienen una elevación de sus factores coagulantes y tienden a hacer trombosis venosa y a veces pasan al feto. Uno en un síndrome puede tener presente todas las cosas, tenemos el caso del síndrome de Down donde todas las malformaciones son de tipo genéticas, pero hay otros síndromes donde podemos encontrar malformaciones asociadas a disrupciones. Etiología de las Anomalías Congénitas

Figura 6. Gráfico circular de los distintos tipos de etiologias de Anomalías Congenitas

Enfermedades Multifactoriales (26,5%) Individuos con una condición debida a la interacción de muchos genes y factores ambientales. Anomalías congénitas más frecuentes: -Cardiopatía Congénita -Defecto del cierre del tubo neural -Fisura labio/palatina -Fisura palatina -Displasia de cadera -Estenosis del píloro

Enfermedades Monogénicas (7,5%) Herencia Mendeliana Tradicional

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Capítulo 14 | Anomalías Congénitas Autosómicas -Dominantes: Acondroplasia; Displasia Tanatofórica, Osteogénesis Imperfecta -Recesivas: Smith-Lemli-Optiz; Fibrosis Quística Ligadas al X -Dominantes: X frágil; Incontingencia Pigmenti -Recesivas: Distrofia Muscular de Duchenne

Herencia Mendeliana No Tradicional -Mitocondrial -Impronta Génica -Repetición de tripletes -Mosaicismo Germinal

Cromosómicas (6%) Numéricas -Ganancia o pérdida de cromosomas: Trisomía 13, 18,21, Síndrome de Turner. -Poliploidías

Estructurales (Balanceadas/desbalanceadas) -Translocaciones (recíprocas/Robertsonianas) -Trisomías parciales -Deleciones -Cromosomas en anillo, marcadores, isocromosomas, inversiones -Anomalías submicroscópicas (Síndrome de microdeleciones, translocaciones subteloméricas)

Líneas celulares diferentes -Mosaicismo .Quimeras

Ambientales (10%)

Tabla 2-Agentes infecciosos y sus efectos en el período prenatal

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Tabla 3. Drogas y sus efectos en el período prenatal

Cómo se ve en la imagen (Figura 6), el 50% de las anomalías congénitas tiene una causa desconocida. Un 10% corresponde a causas ambientales. Multifactoriales, un 26,5% (efecto umbral). Monogénicas alrededor del 7,5% y cromosómicas alrededor del 6%, en un país desarrollado como puede ser EE.UU., Canadá. La fenitoína es un anticonvulsivante que se utiliza principalmente en los epilépticos. Los retinoides están en las cremas. Con respecto al Herpes Simple, se refiere a primoinfección (o sea contraer el virus por primera vez, porque el herpes como varios virus una vez dentro del cuerpo se copia en el DNA, entonces una vez adquirido no se va más). En nuestro país la taza de primoinfección por virus herpes es alrededor del 98,99%, la probabilidad de encontrar una mujer que sea virgen al virus herpes en nuestro país al momento de que se embarace, aunque se embarace a los 12 años, es prácticamente nula. La talidomida es un antihemético que se usó durante bastante tiempo para evitar las náuseas y vómitos en el embarazo, produce la focomelia. El ácido Valproico que es un anticonvulsivante los cumarínicos que son anticoagulantes y muchos fármacos.

Teratogéno Se define como un agente exógeno (radiaciones, sustancias químicas, agentes biológicos, deficiencias nutricionales y otros factores ambientales) o endógeno (metabólicos producidos en exceso por la madre, el feto o ambos) que tiene la capacidad para producir durante el desarrollo embrionario o fetal malformaciones congénitas o defectos funcionales. Ver Figura7.

Diagnóstico Prenatal Actividades prenatales que tienen como objetivo el diagnóstico de un defecto congénito, interpretado como una anormalidad al momento del parto.

¿Por qué? El Feto como Paciente •Si reconocemos al embrión-feto su calidad de persona humana. •Reconocemos también su derecho a recibir medicina de acuerdo a los más altos estándares. ~142~


Figura 7. Causas y mecanismos de teratógenos.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Muchas veces estas anomalías no son inviables y esa diferencia va a depender de donde nazca, o de la preparación que uno tenga porque no va a dar lo mismo que un niño que va a nacer con mal formaciones nazca en el pueblito más recóndito a que vaya a nacer en una hospital en Santiago con una unidad de cuidados intensivos adecuada.

Beneficios del diagnóstico prenatal •Mayores oportunidades al recién nacido. •Mejor manejo obstétrico y neonatal. •Preparación y apoyo a los padres. Igual se les ofrece apoyo psicológico para afrontar la noticia de que su hijo ha nacido con alguna anomalía, que debe ser constante en el tiempo •Factores éticos

Desde que ocurre la fecundación comenzamos a considerar que lo que se está desarrollando es un ser humano y un paciente. Varios estudios muestran un impacto positivo en el resultado perinatal, fundamentalmente en cardiopatías.

Tabla 4. Porcentaje de sobrevida en diagnósticos pre- y postnatal.

En otros lugares el porcentaje de sobrevida puede disminuir, pero generalmente siempre existe mayor sobrevida mientras más temprano sea el diagnostico de la anomalía.

Objetivos del Diagnóstico prenatal • Dar a los padres la información disponible acerca de las anomalías y sus secuelas. • Proveer seguridad y reducir el nivel de ansiedad asociado al evento reproductivo. • Asegurar y proveer el tratamiento óptimo para el embrión y/o feto afectado.

Identificación de pacientes con alto riesgo de transmitir enfermedades congénitas a su descendencia 1. Pareja (parejas de alto riesgo, como por ejemplos las de miembros de un mismo grupo étnico, y/o consanguíneas) 2. Gestaciones previas. (Si ya se han tenido hijos con anomalías y malformaciones) 3. Antecedente de enfermedades genéticas en hijos previos. (Si se tuvo un hijo con anencefalia o estenosis pilórica, por ejemplo, se tiene un mayor riesgo de que vuelva a ocurrir, en comparación al riesgo de la población en general) 4. Historia familiar de desórdenes genéticos. 5. Origen étnico de población de alto riesgo para enfermedades genéticas. 6. Enfermedades maternas. Diabetes (los fármacos para la diabetes producen malformaciones), sobrepeso, epilepsia, hipotiroidismo pueden desencadenar malformaciones) 7. Fármacos y drogas. ~144~

Capítulo 14 | Anomalías Congénitas La pareja con riesgo elevado de tener descendencia con una anomalía congénita mayor, tiene las siguientes opciones:

1. Renunciar a su deseo de procreación. 2. Tener hijos asumiendo el riesgo. 3. Someterse a técnicas de diagnóstico prenatal con el fin de determinar si el feto está afectado. 4. Inseminación artificial o donación de ovocitos evitando la transmisión de un gen mutante portado por uno de los progenitores. 5. Diagnóstico preimplantacional. (No se hace en Chile, es la selección del embrión o del cigoto mismo que se implanta).

La mayoría de los niños que nacen con malformaciones no provienen de los grupos con factores de riesgo. Técnicas de diagnóstico Prenatal No invasivas: •Tamizaje bioquímico de cromosomopatías. •Tamizaje ecográfico de cromosomopatías y defectos estructurales. •Diagnóstico prenatal en DNA libre fetal

Tamizaje Bioquímico de Cromosomopatías A mediados de los 80 se vio que los niveles de algunas hormonas como la alfa fetoproteína, la gonadotrofina coriónica humana, el estriol se alteraban en algunas aneuploidias como el síndrome de Down, de Patau o de Edwards, entonces se relacionó un patrón de deficiencia hormonal especifico con una de las patologías referidas. La sensibilidad de este test no es alta, porque pueden aparecer falsos positivos (cuantos según la prueba son Down, pero finalmente no son Down), por lo cual ha dejado de usarse significativamente.

A. TRIPLE MARCADOR Alfa Feto Proteína. Gonadotrofina Coriónica Humana. Estriol no conjugado.

B. MARCADORES DE PRIMER TRIMESTRE: Β-1 glicoproteína (SP- 1) Hormona Gonadotropina Corionica Humana beta libre (Free Beta HCG) Proteína A plasmática (PAPP-A) Inhibina A Péptido gonadotrófico urinario (UGP)

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Tabla 5. Índices de detección y falsos positivos de marcadores valorados individualmente

Tabla 6. Índice de detección con la combinación de marcadores

Tamizaje ecográfico de malformaciones congénitas A pesar del incremento significativo en los índices de detección logrados mediante la implementación del tamizaje bioquímico para las diferentes cromosomopatías, la evaluación ecográfica del feto es la alternativa que ofrece los más altos índices de detección. Aquí se muestran diferentes estudios que hablan de la sensibilidad y de la especificidad del tamizaje ecográfico. La sensibilidad es la capacidad de detectar a todos los que están enfermos, la especificidad es encontrar enfermos sin encontrar sanos que se parezcan a los enfermos.

Tabla 7. Valores de Tamizaje ecográfico.

El tamizaje ecográfico se realiza en dos etapas del embarazo: Entre las 10 y 13 semanas de gestación (medición de la translucencia nucal, en las personas con aneuploidia se forma un edema en el cuello debido a un drenaje linfático anómalo, que es transitorio, su mayor expresión es el cuello alado que se observa en las niñas Turner, pero ~146~


solo en sus primeros meses de vida, por lo tanto si la traslucencia nucal está afectada se puedepensar en un síndrome de Down, Turner u otros). Recientemente el estudio del edema retronucal (figura 8) o presencia de hueso nasal en ecografía antenatal permite determinar el riesgo de Trisonomía del par 21.

Figura 8. Ecografía transvaginal de feto con trisomía 21. Seccion sagital. Flechas apuntan área de translucencia nucal hipoecogénica um. eprod. 2000 1 202 -202 .

2. Entre las 16 - 22 Semanas mediante la búsqueda detallada de "marcadores" de cromosomopatía. • Edema nucal ( ≥ 6 mm ) • Braquicefalia • Quiste de plexo coroideo • Golf – balls (Corte de cuatro cámaras cardíacas) • Ectasia piélica • Hiperrefringencia intestinal • Húmero y fémur cortos • Clinodactilia • Sandal - Gap • Defecto estructural fetal

Un concepto básico en el diagnóstico de las AMC es el siguiente: Si encuentra una malformación, busque la segunda, si ya hay dos, busque la tercera, y así sucesivamente... casi siempre hay más de una. El riesgo de un defecto cromosómico aumenta con un mayor número de defectos fetales: 1 anomalía: 2 % probabilidad de origen cromosómico; 2 anomalías: 11%; 3 anomalías: 32%; 4 anomalías: 52%; 5 anomalías: 66%; más de 8 anomalías: 92% El riesgo de un defecto cromosómico aumenta con un mayor número de defectos fetales: 1 anomalía: 2 % probabilidad de origen cromosómico; 2 anomalías: 11%; 3 anomalías: 32%; 4 anomalías: 52%; 5 anomalías: 66%; más de 8 anomalías: 92%

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Tabla 8. Anomalías Congénitas Mayores (ACM) encontradas en fetos únicos

Tabla 9. Frecuencias de marcadores menores de aneuploidías y otras anomalías encontradas

Resonancia Nuclear Magnética (RNM) y Anomalías Congénitas Mayores (ACM): Permite afinar diagnóstico de AMC poco claras a la ecografía. La resonancia no produce anomalías congénitas ni alteraciones del desarrollo, lo que hace es producir una agitación del hidrogeno que forma parte de la molécula de agua.

Diagnóstico prenatal en DNA libre fetal en sangre materna La obtención no invasiva de DNA libre fetal a partir de la circulación materna, y el posterior diagnóstico a través de las mismas de anomalías genéticas, constituye uno de los principales avances de la medicina fetal actual. Sabemos que la placenta no es completamente impermeable, y que DNA fetal puede pasar a la circulación materna,entre un 4 y 6% del DNA libre en la circulación materna es de origen fetal, hoy es posible realizar un PCR, y poder detectar secuencias génicas en este DNA, de modo de determinar el sexo, estudiar la presencia de una determinada mutación o realizar estudios de paternidad, por ejemplo En 1997 se identificó por primera vez la presencia de la secuencia SRY en sangre de gestantes con feto masculino. Lo et al., The Lancet, 1997. Investigacioness recientes emplean la RT-PCR (PCR en

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Capítulo 14| Anomalías Congénitas tiempo real) para el estudio de las secuencias de DNA, permite además la cuantificación del DNA estudiado (Manuelpillai, Endocrinol, 2001, Vandesompele, Genome, 2002, Jones, Mol Hum Rep., 2002, Casagrandi, Mol Hum Rep., 2003, Muttukrishna, Mol Hum Rep., 2005).

Determinación del sexo fetal por estudio de DNA fetal libre en sangre materna. La mayoría de los protocolos estudian la secuencia SRY: la positividad de la prueba indica el origen fetal del ADN estudiado. Indicado fundamentalmente en gestantes con riesgo de transmitir afecciones monogénicas con patrón recesivo ligado al cromosoma X. • Distrofia Muscular de Duchenne. • Hemofilia. • Hiperplasia adrenal congénita.

La determinación precoz del sexo permite ofrecer la interrupción de la gestación en el primer trimestre en casos de sexo masculino, en la mayoría de los países donde este procedimiento es legal, en el nuestro permitiría dar un consejo genético precoz y preparar a la familia y al equipo de salud en el manejo de un paciente con la condición diagnosticada. Un caso especial lo constituye la Hemofilia, enfermedad hemorragípara, causada por un déficit del factor VIII de la coagulación, para la cual existe terapia génica curativa aprobada por la FDA en el año 2011. En los casos de fetos de sexo femenino permite evitar procedimientos invasivos innecesarios que pueden provocar la interrupción del embarazo y en los casos de hiperplasia adrenal congénita se evita la administración innecesaria de esteroides a los fetos masculinos. (Rijnders et al., Obstet Ginecol, 2001).

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Detección de defectos monogénicos en el DNA fetal libre Una vez aislado el DNA libre, es posible estudiar cualquier secuencia presente en el feto pero ausente en la madre. Algunas de las Mutaciones estudiadas: • Distrofia miotónica (Amicucci et al., Clin Chem, 2000) • Acondroplasia (Saito et al., Tha Lancet, 2000) • Fibrosis quística (González-González et al., Prenat Diagn, 2002) • Enf. de Huntington (González-González et al., Prenat Diagn, 2003)

DNA fetal libre y aneuploidías fetales La concentración de DNA fetal es tres veces superior en gestantes con fetos con trisomía 21 (Lo et al, Clin Chem, 1999). Se encuentra elevado en casos de trisomía 13 y 21, pero no trisomía 18 (Wataganara et al, Hum Genet, 2003). El DNA fetal como marcador de aneuploidía tiene actualmente una Tasa de detección: 21%.(Farina et al., Clin Chem, 2003) por lo que no reemplaza las tecnicas clasicas de detección, pero si las complementa, al añadir la determinación de DNA fetal a otros marcadores (AFP, E3, hCG, Inhibina) elevaría la tasa de detección a más del 85% (Rijnders et al., 2003). La técnica de determinación de DNA libre fetal permite a demás relacionar las concentraciones de este marcador con complicaciones obstétricas como la preeclampsia y el parto prematuro, entre otras.

DNA fetal libre en sangre materna: conclusiones Su aislamiento y estudio ofrecen la posibilidad de estudiar el material genético fetal sin la necesidad de procedimientos invasivos. Muchas mutaciones del DNA fetal pueden ser estudiadas por esta vía. Su estudio contribuye a esclarecer aspectos de la fisiopatología de afecciones obstétricas y su predicción. En el fondo todas se basan en el mismo procedimiento general: con una aguja atravesar la pared abdominal de la madre (que debe estar consciente), tomar una muestra de células, ya sea del cordón umbilical (sangre del feto), del liquido amniótico (células de la piel que se han descamado); y poder hacerles un estudio citogenético. Tiene un riesgo de mortalidad para el feto de un 3%. En Chile estas técnicas solo se realizan en Santiago y Concepción. Se pueden introducir catéteres por medio de la cordocentesis.

Estudios genéticos:

Cariograma Indicaciones para realizar un Cariograma en periodo prenatal: •Edad materna mayor de 35 años. •Triple test alterado. •Oligoamnios (poco líquido amniótico) – Polihidramnios (mucho líquido amniótico). El liquido amniótico es la orina del feto, este es deglutido y pasa del abdomen fetal a través de la arteria umbilical hacia la madre. Si se tiene por ejemplo una anomalía en el esófago va a tener polihidramnios, porque no deglute suficiente líquido amniótico. Si hay una anomalía a nivel renal, no orina, por lo tanto no produce líquido amniótico y por lo tanto tiene oligoamnios. •RCIU. ~150~

Capítulo 14 | Anomalías Congénitas •Arteria umbilical única. •Sospecha ecográfica de cromosomopatía (una malformación mayor o dos menores). •Antecedentes de cromosomopatía balanceada en uno de los padres.

Indicaciones Discutidas: •Antecedente de abortos a repetición. (algunos hablan de 3 abortos, otros de 2) •Antecedente de mortinato previo. •Ansiedad materna.

Estudios genéticos •FISH (hibridación in situ en fluorescencia) •PCR (polimerase chain reaction)

Manejo de pacientes con malformaciones fetales Ante un hallazgo ecográfico, considerar: •Tomarse tiempo. •Interconsultar: otros obstetras, neonatólogo, genetista, cirujano, psicólogo (Trabajo interdisciplinario). •Mensaje coherente dirigido por el obstetra •Considerar otros procedimientos diagnósticos.

Indicaciones para realizar un Cariograma en periodo neonatal •Anomalía congénita mayor aislada. •Presencia de 3 o más anomalías congénita menores. •Recién nacido con rasgos dismórficos. •Recién nacido con genitales ambiguos. •Parto con producto muerto de causa inexplicable (lo más probable debido a una anomalía del desarrollo). •Muerte neonatal de causa inexplicable.

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Figura 10. Algoritmo para identificar la anomalía del paciente dismorfológico.

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Lecturas recomendadas Passarge, E., (2004), Genética texto y atlas. Editorial Panamericana. 2da Edición. Buenos Aires. Argentina. Farreras, R., (2009), Medicina Interna. Capítulo de genética. Editorial Mc Graw Hill. 17a Edición. Buenos Aires. Argentina. Aase, J.M., (1990), Diagnostic Dysmorphology. New York. Hall, J.G., (1995), Handlbook of normal physical measurements. Oxford Univ. Press. New York. Buyse, M.L., (1990), Birth Defects Ecyclopedia. Blackwell Sci Publ. Cambridge. Gorlin, R.J., (1990), Syndrome of the Head and Neck. 3ra Edición. Oxford Univ. Press. New York. Jones, K.L., (1997), Smith´s Recognizable Paterns of Human Malformations. 5ta Edición. Philadelphia.

Recursos en la web • Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) provides a catalogue of human single gene disorders: www3.ncbi.nlm.gov/Omim/ • GeneTests/GeneClinics provides excellent reviews of a broad range of genetic diseases and syndromes: www.geneclinics.org • National Organization for Rare Diseases (NORD) provides information and links to support gropus: www.rarediseases.org

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15

CAPITULO

L

Terapia Génica

a realidad humana es compleja, ya que son muchos genes los que actúan sobre un rasgo. La teoría mendeliana no es perfecta, no se cumple para los seres humanos debido a nuestra complejidad multifactorial, poseemos un conjunto genético mayor y los ambientes en que nos desenvolvemos son variados. La enfermedad de una persona está determinada por: • La predisposición genética (por ejemplo, el sistema inmunológico está determinado por los genes). • Ambiente (por ejemplo, el sistema inmunológico puede ser estimulado o deprimido dependiendo del ambiente en que crezcan los niños). A pesar de que el sistema inmune pueda ser estimulado, existen enfermedades en que el organismo sólo es capaz de retrasar su aparición, haciéndose inevitable que la patología se presente con el avance de la edad del paciente (por ejemplo, la esclerosis múltiple).

Microarrays: identificación del gen defectuoso En el pasado, se necesitaba una tecnología que permitiera identificar rápidamente los defectos genéticos que provocan una alteración funcional, sin que estos defectos se confundieran con los polimorfismos que puede tener la hebra de ADN entre diferentes individuos. Esta tecnología se obtuvo midiendo y comparando los diversos patrones de expresión de las proteínas, ya que una sobreexpresión (banda más encendida en el gel de electroforesis de un PCR), o una baja expresión (banda menos encendida, o sin banda en el PCR), pueden ser indicativos de la existencia de una patología. Gracias a esta idea, se puede ampliar el campo de investigación, hasta permitir identificar la predisposición de los pacientes a ciertas enfermedades genéticas. Si se secuencia todo el genoma, se encontrarán todos los defectos y polimorfismos de una persona, lo cual no es de utilidad si se quieren visualizar determinados defectos. Por lo tanto, se deben realizar las siguientes acciones: • Utilizar ARNm: El ARNm corresponde al reflejo de la capacidad de expresión de un genoma, es decir, todo lo que el genoma quiere y no quiere expresar, que puede ser patológico o no. Estudiando el ARNm se descartan todos los polimorfismos, viendo defectos y condiciones normales. • Como ya es sabido, el ARNm es inestable, por lo que no se puede trabajar a temperatura ambiente por más de 24 horas. Para evitar esto, se puede utilizar RT-PCR que utiliza la enzima transcriptasa reversa para obtener ADNc, que será la muestra fiel del ARN, pero que ~155~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología es más estable. En condiciones celulares, la expresión del ARN se encuentra en condiciones mínimas (fentomoles=10 -15 ), por lo que en un gel no podría verse. • Por medio de Southern blot, donde se utilizan secuencias fijas de ADN (en el Northern blot se utiliza ARN) que son complementarias para los ADNc, se puede localizar lo que se está buscando. Desde este punto nace la genética funcional, que es el estudio de la expresión de genomas completos.

Genética funcional A medida que avanzan las tecnologías, ha disminuido el tamaño de los soportes sólidos. Gracias al diseño de soportes sólidos no-porosos que permiten la miniaturización y la detección fluorescente, pueden inmovilizarse de forma automática hasta 10.000 ADNc en un soporte microscópico e hibridarlo con sondas marcadas. De esta manera se ha llegado a los microarrays (microarreglos) (ver Figura 1), pequeños soportes sólidos sobre los que se inmovilizan miles de secuencias de diferentes genes en posiciones fijas. Esta disposición de los arreglos (arrays) permite comparar genomas de diferentes pacientes y observar qué genes se están expresando en éstos (ver Anexo).

Figura 1. Chip de microarray. Sobre el soporte se insertan sondas de ADNc para diferentes genes. Grognux, J. & Reymond, J. (2005). Substrate microarray for assaying lipolytic enzymes. Department of Chemistry and Biochemistry, University of Berne, Switzerland. Extraído de: http://oasys2.confex.com/acs/229nm/techprogram/P832938.HTM Revisado el 22 de febrero de 2012.

Ejemplo Para el estudio de una patología en la que están implicados 5 genes, se realiza un arreglo con muestras de pacientes de estudio y con muestras de pacientes con la patología. Con el array se espera determinar si los pacientes presentan estas mutaciones dentro de su genoma. Se obtiene ADNc de ambos grupos de pacientes los que se marcan de la siguiente manera: • Rojo: sujeto de estudio. • Verde: pacientes con la patología.

Después de marcar las muestras, se cargan los ADNc en los soportes que tienen ADN complementarios para numerosos genes. Finalmente, en los arrays se obtendrán los siguientes resultados: • Los puntos rojos corresponderán a fragmentos de ADN de genes que sólo expresó el sujeto de estudio y no el paciente con la patología. Por lo tanto, este gen estaría mutado en el paciente con la patología, y no lo expresa. Además, no correspondería a un polimorfismo, ya que si fuera así, ambos grupos de pacientes deberían expresar el gen. • Los puntos verdes, corresponderán a genes mutados que sólo expresa el paciente con la enfermedad. ~156~

Capítulo 15 | Terapia Génica • Los puntos amarillos corresponderán a genes que se expresan por ambas partes, los que no estarían afectados en la patología. • Los puntos blancos corresponderán a genes que ninguno produjo, y puede corresponder a que no hay daño o que ambos tienen defectos del mismo gen.

Si se tuvieran dos pacientes aparentemente sanos en que se realizó el mismo procedimiento, es decir, se marcó uno con rojo y el otro con verde, todos los puntos deberían colorearse amarillos o quedar en blanco, ya que ambos pacientes poseen las mismas condiciones de su genoma. De esta manera se pueden revisar miles de genes a la vez ya que los chips asociados a colores son leídos por medio de un computador que procesa la información, pudiendo obtener rápidamente las diferentes mutaciones. Al comparar un paciente con la patología y un sujeto que consulte para saber si posee algún defecto; se puede averiguar si es portador o no de alguna mutación genética, ya que si se mantienen algunos patrones de expresión en ambos sujetos, se podría decir que el consultante podría llegar a desarrollar una enfermedad. Los sujetos normales no deberían llegar a expresar todos los genes. Si esto ocurriera, podrían llegar a expresar genes dañinos (oncogenes); además, si las células especializadas produjeran otros tipos de genes, la célula podría colapsar físicamente, o produciría elementos que no tienen función asociada al lugar donde se ubican, bloqueando vías metabólicas y afectando la función celular (por ejemplo, células del hígado produciendo melanina). Gracias a estas tecnologías han aumentado las investigaciones sobre la genética humana moderna.

Terapia génica La terapia génica podría definirse como la transferencia de material génico exógeno a tejidos u órganos de un individuo para corregir un defecto genético o conferir una nueva función biológica con el propósito último de prevenir o tratar una enfermedad. El objetivo específico que se pretende alcanzar con la terapia génica puede ser muy diverso. Abarca desde la restauración o complementación de una función biológica alterada, a la expresión de proteínas antigénicas como procedimientos de vacunación génica, pasando por la introducción de genes que aporten o potencien nuevas funciones, el silenciamiento o inhibición de genes, o la introducción de genes o moléculas que permitan la monitorización de células.

Primer caso de terapia génica El 14 de septiembre de 1990, investigadores del NIH realizaron el primer procedimiento aprobado de terapia génica en una paciente de cuatro años, Ashanti De Silva, que presentaba una enfermedad genética rara denominada inmunodeficiencia combinada severa (SCID), caracterizada por la ausencia de un sistema inmune competente, por lo que era vulnerable a cualquier infección, de tal manera que enfermedades comunes en la vida infantil serían peligrosas para su supervivencia. Ashanti tenía que estar aislada, debía evitar todo contacto con personas ajenas a su familia, mantener un ambiente estéril en su hogar, y combatir las infecciones con una gran cantidad de antibióticos. Su condición se debía principalmente a que presentaba una deficiencia de ADA (ade~157~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología nosina deaminasa), la cual se debería expresar en los linfocitos. Debido a estos antecedentes, se propuso realizar terapia génica (ver Figura 2), que tenía como objetivo que los linfocitos volvieran a producir la enzima ADA. Esto se logró de la siguiente manera: en bacterias se produjo el gen del ADA, uniéndolo como transgen 1 a un virus al se le había mutado su parte infectiva. Se insertó ADNc, más efectivo, ya que posee sólo los exones; diferencia del ADN que también conserva Figura 2. Esquema de tratamiento con terapia génica de SCID. En intrones de gran tamaño. Luego se hi- un vector retroviral se incorpora el gen de adenosina deaminasa cieron crecer estos virus en algunas cé- (ADA) que infecta las células aisladas del paciente y posteriormente lulas modificadas (células 293), son re-implantadas en el paciente. obteniendo una carga viral importante que se introdujo a una muestra de medula ósea de la paciente, para ser posteriormente reintegrada al organismo. Ashanti exhibió una respuesta temporal, continuó con la terapia de reemplazo enzimático, y pudo desarrollar un sistema inmunitario apto que le permitió seguir una vida normal.

Terapia génica ex vivo o in vivo La terapia génica puede dividirse en dos grandes grupos desde el punto de vista metodológico: terapia génica ex vivo y terapia génica in vivo (ver Figura 3). La terapia génica ex vivo consiste en la extracción del organismo de las células diana y la consiguiente reintroducción de dichas células, de manera autóloga o heteróloga, después de ser transfectadas y seleccionadas; entendiendo la transfección como el proceso de transferencia génica y expresión del transgén realizado con éxito. Por el contrario, la terapia génica in vivo consiste en la transferencia de material génico directamente en el organismo. Actualmente, la mayoría de los protocolos de terapia génica buscan la aplicación in vivo debido a su mayor practicidad, comodidad para el paciente y menor coste económico.

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Figura 3. Terapia génica ex vivo e in vivo. En la terapia génica ex vivo se extraen células diana que son transfectadas y reintroducidas a la persona. En la terapia génico in vivo la transferencia del material genético se realiza directamente en el individuo. Miesfeld, R. (2001). Gene Therapy and Stem Cell Technology. Department of Biochemistry & Molecular Biophysics, The University of Arizona. Extraído de http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc471/pages /Lecture25/Lecture25.html. Revisado el 10 de febrero de 2012.

Se denomina transgen a los grandes fragmentos de ADN que se introducen al interior del genoma viral.

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Capítulo 15 | Terapia Génica Vectores para terapia génica La transferencia de material génico exógeno puede realizarse empleando métodos diferentes, pero en la mayoría de los casos es necesario la utilización de un vehículo o vector 2 que facilite la introducción de dicho material génico. Las propiedades del vector ideal pueden variar en función de las necesidades concretas pero, en cualquier caso, sus propiedades condicionarán enormemente el éxito del proceso de transferencia génica en cualquiera de sus etapas: 1) alcanzar la célula diana, 2) introducción y liberación del material génico en el interior celular y 3) expresión del transgén.

Tipos de vectores Los vectores empleados en terapia génica se pueden clasificar en dos grandes grupos en función de su naturaleza: a) vectores virales (basados en virus modificados genéticamente) y b) vectores físicos o no virales (resto de los sistemas no basados en virus).

Vectores virales Se modifican genéticamente para que no produzcan las proteínas de tipo infectivo, así como las proteínas para replicarse o las proteínas de la cápside que le permiten reconocer las células y entrar a sus dianas. Además el ADN o ARN del vector es cortado por enzimas de restricción con el fin de eliminar zonas patógenas e insertar en el lugar de estas el gen de interés médico. Al “infectar”, el vector inicia mecanismos de trascripción y traducción de proteínas normales, pues sus proteínas patógenas fueron reemplazadas por éstas anteriormente.

Adenovirus Son virus no desarrollados que contienen ADN lineal de cadena doble. El ciclo infectivo de los adenovirus puede diferenciarse en dos fases. La primera fase o fase temprana incluye la entrada del virus en la célula huésped, el transporte del genoma viral al núcleo y la transcripción y traducción selectiva de los genes tempranos. Los sucesos tempranos modulan las funciones de la célula facilitando la replicación del genoma viral y la transcripción y traducción de los genes virales tardíos. Los procesos posteriores a la replicación constituyen la segunda fase, durante la cual las proteínas estructurales y el ADN vírico son ensamblados en viriones 3 . El genoma adenoviral se puede dividir en dos regiones, dependiendo de que su transcripción sea anterior o posterior a la replicación del mismo. Las regiones de transcripción temprana se denominan regiones tempranas E1, E2, E3 y E4; y las regiones transcritas durante la fase tardía L1 a L5. Vector es aquel medio transportador que permitirá insertar el material genético de interés en las células del paciente. Virión: partícula viral completa formada por una o más moléculas de ADN o ARN rodeada por una cubierta de proteínas simple o por cubiertas más complejas que contienen carbohidratos, lípidos y proteínas. 2

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Obtención del vector Se elimina E1 y E3, crecen en células 293 que aportarán por transcomplementación los genes estructurales necesarios para integrar el virión. Son capaces de infectar células y persisten como ADN no integrado. Por su baja eficiencia es necesario utilizar virus a títulos muy altos que podrían desencadenar respuesta inflamatoria inespecífica. La expresión de la proteína es limitada a sólo semanas o meses por la falta de integración del ADN, por esto, se requiere readministración que puede desencadenar respuesta inmune y limitar su eficiencia.

Herpes virus Contiene dos trozos de ADN bicatenario lineal unidos dando una estructura única llamada molécula L y molécula S. Poseen en sus extremos secuencias repetidas terminales (TRL y TRS) que son los sitios por los cuales permite unirse a dos moléculas. Mientras que el vector contiene solo las secuencias víricas TRL y TRS, y ADN de interés. Permite llevar grandes secuencias de ADN y establece infecciones latentes de larga duración. Genera una gran respuesta inmune en células del sistema inmunológico; pero es un buen sistema para el sistema nervioso (en el año 2000, se introdujo el transgen tirosina hidroxilasa, para producir dopamina en pacientes con Parkinson, lo que se logró por 1 o 2 años).

Retrovirus Son los virus más primitivos y los más peligrosos. Corresponden a virus de ARN de cadena sencilla. Posee genes que codifican: • GAG (grupo de específico de antígenos, proteína de la cápside y de la matriz). • POL (transcriptasa reversa, proteasa, integrasa). • ENV (envoltura). • LTRs (promotor viral).

El genoma también incluye secuencias de: • Empaquetamiento del ARN vírico. • Corte y empalme entre donador y aceptor. • ARN mensajeros envueltos en forma separada.

Introducción del ADN El virus reconoce la célula diana por medio del complejo MHC, para luego ser endocitado por la propia célula. Logra entrar cubierto por una envoltura de proteínas que se pierde totalmente en las cercanías del núcleo quedando solo el ARN viral expuesto junto con transcriptasas reversas en sus puntas y otras proteínas denominadas integrasas. Luego la transcriptasa reversa se activa produciendo ADNc a partir del ARN viral. A partir de este ADN, las integrasas producen ADNc bicatenario, el cual es difícil de ser degradado por la célula. Luego ~160~

Capítulo 15 | Terapia Génica de esta transformación desde ARN a ADNc bicatenario, el genoma viral entra al núcleo para poder introducirse en el ADN celular.

Obtención del vector • A retrovirus naturales se les reemplaza genes estructurales (GAG, POL, ENV), por uno o varios genes terapéuticos deseados. • La expresión de genes terapéuticos estará dirigida por el promotor retroviral (LTR). • Estos vectores retrovirales (sin genes estructurales, pero con LTR) pueden ser producidos únicamente en unas líneas celulares de empaquetamiento, que son capaces de aportar por transcomplementación las proteínas retrovirales estructurales que son necesarias para la estructura del virión. Virus Adenoasociado Es un virus muy pequeño, simple, no autónomo, que contiene ADN lineal de cadena sencilla. El virus requiere la coinfección con adenovirus u otros para replicarse. Contiene dos genes: • REP: codifica proteínas para replicación e integración. • CAP: codifica tres proteínas estructurales víricas.

Los extremos del genoma comprenden repeticiones terminales (TR) de cerca de 145 nucleótidos, mientras que el vector contiene sólo las secuencias víricas TR que bordean el ADN de interés. El ADN no se introduce, pero soporta fragmentos génicos más pequeños.

Las ventajas y desventajas de los distintos vectores virales nombrados anteriormente quedan resumidas en la Tabla 1.

Tabla 1. Uso de vectores virales. Se exponen las principales ventajas e inconvenientes en el uso de retrovirus, adenovirus, adenoasociados y herpes virus. OFFARM. 2003;22(8):102-108.

Vectores no virales Liposomas Se utilizan para que el ADN pueda a travesar las membranas. Deben ser apolares por fuera y polares en su interior para permitir que el ADN se mantenga dentro. Los liposomas se ~161~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología introducen por endocitosis. Lamentablemente son poco controlables, pueden ir a cualquier lugar, por lo que se recomienda usarlos en terapias ex vivo. Son muy inofensivos, sin generar respuesta inmunológica severa. Un ejemplo de su aplicación es en el tratamiento de la fibrosis quística, donde hay un defecto en el gen CFTR. En este caso, el ADN a insertar es uno que codifique el nombrado gen CFTR, utilizando el liposoma catiónico DC-chol/DOPE. La célula diana corresponde a una célula del tracto respiratorio. Luego de la aplicación de este tratamiento no hay signos de inflamación o de necrosis en el tejido, lo que es característico de la enfermedad. Otros protocolos aprobados en Estados Unidos pueden observarse en la Tabla 2.

Tabla 2. Protocolos de terapia génica aprobados por la Recombinant DNA Advisory Commitee (RAC) en Estados Unidos. Se observan las distintas enfermedades en que utilizan tanto vectores virales como no virales, los genes suministrados y el tejido diana al que están dirigidos. OFFARM. 2003;22(10):142-150.

Ejemplo aplicado de terapia génica Un problema de la terapia génica es que la totalidad de las patologías que se tratan corresponden a enfermedades monogénicas, en donde se requiere la corrección de un sólo un gen para poder mejorar las condiciones del paciente. Otro problema corresponde a que los transgenes se expresan por un determinado tiempo, ya que por mecanismos desconocidos la célula selecciona factores de transcripción que no utilizan el promotor del transgen, y por lo tanto éste no se expresa. En las enfermedades poligénicas están implicados una gran cantidad de genes, pero se desconoce cuáles son específicamente. Es por ello que se están utilizando otros mecanismos para solucionar los problemas provocados por estas enfermedades poligénicas. Por ejemplo, se pueden utilizar hormonas para modular la expresión de una gran cantidad de genes que están implicados en algunos procesos patológicos: La hormona cortisol se une al receptor de glucocorticoides, éste se dimeriza y forma un factor de transcripción que participa en la expresión de muchos genes. En algunas enfer~162~

Capítulo 15 | Terapia Génica medades, existe una sobreexpresión de cortisol, por lo que se sobreexpresan muchos genes que deberían expresarse en menor medida, lo que se traduce finalmente en una patología. A nivel experimental se han planteado 3 respuestas para esta situación: • Disminuir los niveles de cortisol, insertando una molécula de ADNc que codifique una proteína que sea capaz de cortar degradar el cortisol y transformarlo a cortisona. • La segunda opción es crear más receptores de glucocorticoides que secuestren el cortisol impidiendo que se exprese completamente. • Tercero, se puede generar una quimera de ADNc, con una parte que tenga el receptor de glucocorticoides de un animal de experimentación, y la parte que se une al ADN del receptor de estrógeno humano. Por lo que todo el cortisol que active a esta quimera, inducirá la expresión del estrógeno (que en este caso tiene acción terapéutica).

A modo de conclusión, se puede decir que ya existe la tecnología para la resolución de enfermedades poligénicas, teniendo como sustrato la terapia génica.

Anexo

Figura 4. Preparación de microarrays. Este esquema representa un experimento utilizando un microarray de ADNc, que consta de una rejilla con miles de puntos microscópicos sobre un portaobjetos de vidrio; cada punto contiene sondas de ADNc para un gen. Aquí, los investigadores extraen ARNm (cuando los genes están activos) a partir de dos tipos de células, por ejemplo, células tumorales y células control, y luego marcan las muestras con diferentes tintes fluorescentes. Cuando se colocan sobre el microarray, estos transcritos coloreados se unen a sus sondas complementarias, dejando un registro: rojo para los genes activados en células cancerosas, verde para genes activados en células normales, amarillo para genes activados en ambos tipos de células. Un color más intenso indica mayor actividad génica. Cy3: Cianina 3. Cy5: Cianina 5. Long, J. (2011). cDNA array. The Science Creative Quarterly. Extraído de http://www.scq.ubc.ca/image-bank/ Revisado el 22 de febrero de 2012. Imagen con licencia libre Creative Commons: Long, J.

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Figura 5. Visualización de microarrays. Se observan distintos patrones de coloración correspondientes a la activación génica. Nat Mater.2002;1(4):199-201.

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Lectura Recomendada • Holsboer, F. (2008). How can we realize the promise of personalized antidepressant medicines? Nature Reviews Neuroscience, 9(8), 638-46. • Moreno, V. & Solé, X. (2004). Uso de chips de ADN (microarrays) en medicina: fundamentos técnicos y procedimientos básicos para el análisis estadístico de resultados. Medicina Clínica, 122, 73-79. • Narvaiza, I., Mazzolini, G., Qian, C., Prieto, J. & Melero, I. (2003). Vectores adenovirales de primera generación, el vector por excelencia en inmunoterapia génica del cáncer. Inmunología, 22(2), 225-242. • Petricoin, E. F., Hackett, J. L., Lesko, L. J., Puri, R. K., Gutman, S. I., Chumakov, K. et al. (2002). Medical applications of microarray technologies: a regulatory science perspective. Nature Genetics, 32, 474-479. • Rozalén, J., Ceña, V. & Jordán, J. (2003). Terapia génica - Vectores de expresión. Revista de la Oficina de Farmacia, 22(8), 102-108. • Rozalén, J., Fernández, G. F., Ceña, V. & Jordán, J. (2003). Aplicaciones de la terapia génica. Revista de la Oficina de Farmacia, 22(10), 142-150. • Sheridan, C. (2011). Gene therapy finds its niche. Nature Biotechnology, 29(2), 121-128.

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CAPITULO

U

Consejería Genética

n determinado fenotipo, que implica un proceso patológico, está dado por las manifestaciones clínicas o también por la predisposición al diagnóstico que posee. Este fenotipo puede tener un patrón conocido, lo cual nos permite hacer el diagnóstico de esta enfermedad, o desconocido, caso en estimamos un riesgo empírico. En cambio, si pensamos que es monogénico vemos si el gen está mapeado o si no vemos el patrón de herencia del rasgo (genealogía) o buscamos el gen en un diagnóstico molecular. Si la enfermedad era de carácter heterocigoto o heterogéneo tenemos que buscar si la enfermedad es multifactorial, por ejemplo, para luego estimar el riesgo empírico. O determinar si posee una anomalía cromosómica mayor mediante un estudio de citogenética. Todo esto es para llegar a un diagnóstico, realizar un consejo genético y así darles a la vez un pronóstico reproductivo para los padres. Todo esto es facilitado por el Proyecto del Genoma Humano, el cual nos permite conocer la ubicación de muchos genes de muchas enfermedades en cada cromosoma.

Asesoramiento genético:

• Es un proceso de comunicación. • Relacionado con problemas humanos que está dado por las enfermedades genéticas. • Tres tipos de actores: 1. El paciente. 2. La familia, que muchas veces forma parte del entorno del enfermo, puesto que estas enfermedades repercuten en la familia. 3. El equipo de salud.

Por lo tanto el asesor genético o genetista debe: • Comprender los hechos médicos, inclusive el diagnóstico, la historia natural de la en fermedad y la atención o tratamientos disponibles. • Entender los mecanismos hereditarios por los cuales se produce el padecimiento y el riesgo de recurrencia en parientes específicos. • Conocer las diversas opciones encaminadas a evitar la recurrencia. • Apoyar y respetar el curso de acción que el consultante considere apropiado de acuerdo a sus respectivas creencias y valores, los cuales varían según las personas in ~165~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología volucradas.

Aspectos psicológicos

¿Qué sucede en una familia cuando se presenta por primera vez un individuo afectado por una enfermedad genética?

•La mayoría de los niños que nacen con una malformación congénita, metabólica o tras torno de comportamiento comprometen una sorpresa en la familia, desencadenando una serie de emociones específicas de los padres, como negación, ansiedad, culpa y respon sabilidad, “autoculpa”, depresión, resentimiento y rechazo. •Aspectos extra familiares de los padres, la imagen social que los padres tienen frente a la enfermedad de su hijo. •De los hermanos del paciente hacia sus padres y el paciente. •Del equipo de salud hacia el paciente, sus familiares o ambos.

Primero ocurre una Crisis Inicial, donde nace el niño con malformación, el parto es un proceso fisiológico normal donde la madre espera que le muestren el bebé al instante, al ver la reacción de los profesionales médicos que tienden a alejar al bebé de la madre, ella nota que hay algo extraño en toda la situación. Esto representa la Fase de la Desorganización, instante donde la madre piensa que su hijo murió, nació con una deformación, que le falta un brazo, etc. A la vez se crea lo mismo en el equipo médico, pues deben decidir si es necesaria la operación del recién nacido o si éste tiene posibilidades de sobrevida.

La Solución de la Crisis o Fase de Reorganización pueden ser óptimas si es que la familia acepta de forma realista, donde asumen la situación como “algo que pasa”, y son responsables del cuidado del niño dándoles el amor necesario y el apoyo familiar. La mayoría de las familias pasan por un proceso lentamente progresivo, donde el paso de los años los lleva a la aceptación de la enfermedad.

Hay veces donde la crisis se vuelve crónica, la enfermedad no es aceptada, no creen que su hijo no tiene posibilidades de recuperación e insisten en alargar su vida mediante máquinas ocupando el lugar de menores que en realidad necesiten los equipamientos. Todo esto resaltando la negación respecto a la enfermedad. ~166~

Capítulo 16 | Consejería Genética

La mayoría de las familias donde hay un niño afectado termina desintegrándose.

Esquema Resume n:

La primera fase corresponde a la fase de Negación, “esto no me pasa a mí”, de no querer asumir la responsabilidad ni la culpa del hecho. Este proceso puede generar un sentimiento de rechazo, que puede llevar la culpa hacia el otro, padre por ejemplo, y también contra el médico dado que el obstetra no la cuidó, o que no le contó sobre lo que podría pasar. Generalmente la persona que comunica la información no es el obstetra o pediatra, dado que se pierde la confianza en el médico. A la vez puede suceder que ocurra sobreprotección y exceso de mimos, dado que les dan mucho amor para que no sufra, esto hace que los hermanos crezcan con resentimientos hacia el hermano afectado, porque ellos se ven dejados de lado, lo que aumenta que ellos experimenten violencia juvenil, suicidio. La mayoría de los pacientes creen que por derecho de estar enfermos exigen cosas a la sociedad como que los atiendan antes en hospitales. ~167~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Muchas veces el sentimiento de rechazo hace que los padres tengan cuidados negligentes con el niño dado que los empiezan a abandonar de manera física y emocional, no los alimentan bien o cuando están hospitalizados los dejan ahí, lo que es muy frecuente.

Características del asesor genético

• Murphy y Chase (dos genetistas) recomiendan que sea un estudioso de bioquímica, inmunología, citogenética, embriología, psicología, epidemiología, estadística, ética, así como de otros campos.

• En todo caso debe obrar con sentido humanista cristiano y adoptando una posición de Humildad. Muchas veces tiene que ver las necesidades del equipo de salud a la vez.

• “de hecho no se sabe todo, ni en lo tocante a la situación presente (posibilidad de un error de diagnóstico o de interpretación), ni menos en lo referente al futuro (posibilidad de corrección del padecimiento heredado mediante nuevos o diferentes procedimien tos).” Prof. Dr. Salazar-Mallén

• Lo que sabemos de genética cada vez va cambiando.

Fases de asesoramiento genético

1. Diagnóstico de certeza y cálculo de los riesgos de recurrencia. Debido al poder que posee el médico de decir si puede tener hijos o no, o la recurrencia de que tenga otro hijo con malformaciones.

2. Conocimiento de la historia natural del padecimiento y las medidas de rehabilitación física o psicológica adecuadas. Cuando se conoce la enfermedad uno da los porcentajes de riesgos, o sino simplemente estima y no es acertado en lo que dice. Hablar con sin ceridad respecto a la condición del enfermo, pero hay que recalcar que ciertas condiciones poseen arreglo y que debe decirle a los padres del paciente que se necesita apoyo para que salga de su condición determinada.

3. Diagnóstico de heterocigosidad, cuando sea posible o ponderación de la carga gené tica en el consultante.

4. Control de la fertilidad, planificación del embarazo y cuidados ginecoobstétricos. Dado que la pareja ocupa el método anticonceptivo que estime conveniente respecto a s planificación.

5. Diagnóstico prenatal. Saber indicarlo.

6. Otras medidas: inseminación artificial (la cual se puede hacer en el servicio público en Chile), diagnóstico preimplantacional, etc. ~168~

u

Capítulo 16 | Consejería Genética Diagnóstico de certeza

Ejemplo prá ctico: Diagnóstico de Síndrome de Down: Cuando alguien con Down nace generalmente se le mira y se clasifica como Down, lo correcto que corresponde es realizar un cariograma para determinar la enfermedad. Este menor puede ser: • 47 XX +21, riesgo de recurrencia bajo, depende de la edad de la madre. 1:670 en población general y 1:10 en madres mayores de 35 años. • 46 XX/47XX +21, mosaico, riesgo de recurrencia aún más bajo y el pronóstico es mejor, por lo que podría no tener retardo mental y se le quita la oportunidad de desarrollarse normalmente teniendo las capacidades para hacerlo. • 46 XX+ t(14/21), si fue mutación de Novo el riesgo de recurrencia es casi nulo, pero si el padre es portador es de un 10% y si es la madre es de un 20%. • 46 XX +t(21/21), si fue mutación de Novo el riesgo de recurrencia es casi nulo, pero si uno de los padres la porta es de un 100%, por lo que no da lo mismo si es que no se le hace un cariograma. De acuerdo al resultado del cariograma se debe decidir si hacer un examen molecular o no.

Aspectos éticos

Una de las finalidades del diagnóstico prenatal es brindar a los padres con alto riesgo la oportunidad de tener hijos no afectados de manera selecta. Riesgo de caer en prácticas eugenésicas o eutanásicas del tipo espartano, ni mucho menos a un totalitarismo racista.

CasoN°1 Un médico le informó a su paciente de 25 años de edad como “normal” el resultado de un cultivo de líquido amniótico (cultivo que estaba informado como contaminado); al nacer, el hijo presentó una malformación congenita. No se repetió el examen por el elevado costo y se consideró riesgo realizar una nueva punción amniótica. Comentario del caso : En este caso el médico, basándose sólo en la edad de la paciente como demasiado joven para presentar un hijo con alteración congénita, asumió el resultado del examen como un error de laboratorio, siendo lo correcto repetir el examen.

Caso N°2 Una mujer mayor de 35 años, a la cual su obstetra no informó de los riesgos de una aneuploidía, ni ofreció el diagnóstico prenatal, tuvo un hijo con síndrome de Down. ¿Qué opina al respecto? Comentario del caso : se demand ó por negligencia y violación de los derechos de la paciente. En paciente añosa se debe ofrecer el examen, si la paciente no lo acepta hay que hacer que firme un papel indicando que acepta los riesgos.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Caso N°3 Un obstetra encuentra una serie malformaciones durante una ecografía de rutina, situación que podría hacer que la madre decida abortar, lo cual va en contra de los principios religiosos del médico, por lo que oculta la información. Finalmente se descubre esta situación. Comentario del caso: hasta el momento no está permitido en nuestro país ningún tipo de aborto.. Corresponde informar sobre la enfermedad, su pronóstico y riesgos, realizar una consejería completa

Caso N°4 En un centro hospitalario se le comunicó a una mujer de 36 años que su amniocentesis dio positivo para Síndrome de Down, al nacer el niño presenta una estenosis pilórica y una cardiopatía congénita, ambas anomalías corregibles quirúrgicamente, pero los padres rechazan la cirugía, el paciente falleció a los dos días. ¿Qué opina al respecto? Comentario del caso: Para este caso, si la situación atenta con la vida del paciente y los padres se niegan se puede llamar a un fiscal y pedir la custodia legal para así poder operarlo. Podrían surgir algunas interrogantes como:

¿Sería ético y lícito dejar morir a todos los niños con Síndrome de Down y malformaciones cardíacas o estenosis pilórica? Pregunta que se responde caso a caso. ¿Qué debería hacer el médico cuando se detecta una anormalidad cromosómica, cuyo significado clínico aún no está descrito en la bibliografía? Esta situación se está haciendo obsoleta, puesto que con el PGH se saben todos los genes y asociacíón a la mayoría de enfermedades. ¿Qué comentarle a una pareja cuando se encuentra por amniocentesis que su hijo es YY? ¿A caso se les debe comentar que su hijo podría tener conducta antisocial, cuando aún se discuten la validez de los estudios psicológicos en estos pacientes? Esto no se sabe, dado que sabemos que el ambiente influye, por lo que se debería tener un ambiente donde él posea tranquilidad. El asesoramiento genético – según Luria- debe hacer un balance entre la ética del conocimiento, o sea, cuánto sabemos de una enfermedad y la ética de la inocencia. La cual puede plantearse en términos que Dostoievski puso en labios de Ivan Karamazov: “Si el sufrimiento de los niños sirve para completar la suma de los sufrimientos necesarios para la adquisición de la verdad, afirmo que la verdad a ese precio no tiene mérito”

Lectura recomendada: • Passarge Genética texto y atlas, 2th edición • Emery’s Elements of Medical Genetics 12th edition. • Jorde, Carey, Bamshad, White. Genética Médica. Segunda Edición, 2000. • Capítulo de genética de Medicina Interna Farreras-Roznan 14th edición. ~170~

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CAPITULO

I

Genética Molecular del Cáncer de Colon

nnumerables estudios se han realizados para terminar los genes involucrados en el cáncer de colon, es por eso que se ha logrado determinar cada uno de ellos. El cáncer colorrectal (CCR) es una de las principales causas de morbimortalidad con 150.000 casos nuevos y 55.000 muertes anuales en USA.En Chile no se conoce muy bien estos parámetros, pero se han realizado algunos estudios que arrojan una alta aparición de CCR tanto de Poliposis adenomatosa familiar y Cáncer de colon no relacionado con poliposis (HNPCC) convirtiéndose en la tercera causa de muerte debido a cáncer digestivo. Los principales síndromes hereditarios que predisponen al cáncer de colon son: •Poliposis adenomatosa familiar (FAP) (1%) •Cáncer de colon no relacionado con poliposis (HNPCC) o Síndrome de Lynch (34%). El CCR es principalmente esporádico, el 90 % de estos ocurre por mutaciones somáticas.Menos del 5 % corresponde a cáncer de colon no relacionado con poliposis (HNPCC) mientras que sólo el 1% corresponde a polipomatosis adenomatosa familiar (FAP)(GráGráfico 1. Heterogenicidad de sindromes de cancer colorectal fico 1). hereditarios. La principal causa es esporádica. Es importante destacar que las terapias farmacológicas desarrolladas hoy en día están absolutamente dirigidas contra el HNPCC y FAP. Se realiza la diferencia entre hereditario y familiar principalmente porque al hablar de hereditario se conoce al menos uno o más genes que están involucrados. Por otra parte de habla de familiar cuando existe relación entre pacientes que padecen un mismo tipo de cáncer, sin embargo al hacer los screening no se encuentra homología entre los genes que están alterados o simplemente no se encuentran los genes.

Diferencias generales entre FAP y HNPCC

En la Poliposis adenomatosa familiar el 100 % de los pacientes que presentes pólipos van a desarrollar cáncer, la característica principal de esta poliposis es la aparición de más de cien pólipos, donde cada pólipo tiene un riesgo aproximado de un 5 % de generar cáncer. Al tener ~171~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología una cantidad elevada de pólipos generara un dolor crónico, por lo general hay sangrado que se detecta por sangre oculta en deposiciones. Se ubica especialmente en el recto y sigmoides y se relaciona con varios síndromes como Gardner y Turcot (Tabla 1). Las mutaciones para FAP están descritas principalmente por APC (supresor de tumor, controlando la función de factores de transcripción específicos). En la HNPCC su característica principal es que no desarrollan pólipos, no hay ninguna sintomatología antes que se detecte el cáncer. Los genes dañados tienen relación Tabla 1. Diferecncias generales entre FAP y HNPCC. con Mismatch Repair. Si bien no hay pólipos asociados (por lo tanto el riesgo de que esos pólipos generen cáncer no es tan alto) la posibilidad que generen cáncer extracolónico es altísima y de hecho una de las características principales del cáncer no asociados a pólipos es la generación de cáncer endometrial, cervical, tiroideo, etc.

Poliposis adenomatosa familiar (FAP) FAP afecta a 1/13.000 nacidos vivos siendo la edad media de presentación a partir de la segunda década de vida. Los pacientes que padecen PAF presentan más de 100 pólipos en el colon, existe una variante que tiene menos de 100 pólipos que se denomina FAP ate nuada. Dependiendo de cual sea el tipo de mutación se pueden llegar a desarrollar hasta 5000 pólipos. Los pólipos se presentan preferentemente en el rectosigmoides y los principales síntomas son diarrea persistente y dolor abdominal crónico,lamedida profiláctica es una colostomía.

Biología Molecular de la FAP Posee herencia autosómica dominante y se asocia a mutaciones y/o deleciones del gen APC el cual corresponde a un gen supresor de tumores cuya proteína participa en adhesión celular, transducción de señal y activación transcripcional. Se une a proteínas como catenina-β, catenina-γ, y caderina (asociadas con la adhesión celular). Mutaciones en el gen APC ocurren cercana al codón 1.300 anulan toda su actividad producen en general una proteína trunca que carece del extremo carboxilo, esto impide la unión de caderina y eso favorece la metástasis, lo cual estaría implicado en las alteraciones que conducen

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Capítulo 17 |Genética Molecular del Cáncer de Colon al cáncer. Más del 50% de las mutaciones se localizan en el exón 15, entre los codones 1.000 y 1.500. El gen APC está localizado en el cromosoma 5q21, este gen tiene 15 exones, el 15 corresponde a casi el 80 % del gen y por ende es la mayor propensión de mutaciones encontradas y descritas. Las mutaciones entre los codones 1.250 y 1.464 se relacionan con la variedad de poliposis diseminada (más de 5.000 pólipos). Si la mutación está en los extremos, tanto en el 3’ o 5’ esto se asocia directamente con poliposis atenuada (menos de 100 pólipos)

Screening o Tamizaje Lo más recomendado es la realización de un screening para gen APC , si no es posible realizar un test genético la alternativa es un colonoscoscopia, pero es probable que al hacer la sigmoidoscopias no se encuentren pólipos o el pólipo no sea visible por esta técnica, por lo tanto siempre es necesario hacer el tamizaje genético. Familiares en primer grado de pacientes con FAP deben someterse a screening entre los 1012 años de edad. A partir de los 50 años, estas personas deben seguir las mismas indicaciones que pacientes con riesgo promedio.

Tratamiento

La colectomía es la terapia recomendada para eliminar el desarrollo de cáncer colorectal. Las opciones quirúrgicas incluyen: •Colectomía parcial con anastomosis ileorectal. •Proctocolectomía total con anastomosis ileoanal. Síndromes asociados a FAP y variantes de ésta •Síndrome de Gardner: Caracterizado por quistes epidermoides, anomalías dentales (dientes supernumerarios) y tumores desmoides. Pólipos y más •Síndrome de Turcot: Es una asociación entre la poliposis colorrectalde 20 años. menos de100 y un tumor primario en el SNC (usualmente meduloblastomas). •Poliposis múltiple atenuada (AFAP): Presentan menos de 100 pólipos y la edad de aparición es generalmente 15 años más tarde que en la FAP clásica. Presentan mutacio nes en el primer o último tercio del gen APC (en 5’ y 3’) y algunos pacientes presentan mutaciones en el gen MUTYH, el cual codifica una proteína que participa en mecanismos de reparación por escisión de bases. Se han dado casos en que los en que los pacientes a pesar de tener este tipo de poliposis tienen la APC completamente normal, pero mutado el MUTYH.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología HNPCC o Síndrome de Lynch

No hay desarrollo de pólipos y la aparición de cán cer es aproximadamente a los 45 años, siendo el riesgo de cáncer de colon más bajo (80 %) por no haber pólipos. Posee herencia autosómica dominante con una tem prana aparición del cáncer alrededor de los 45 años. Los pacientes presentan mutaciones en los genesMMR (DNA mismatch repair). Se caracteriza por presentar un amplio espectro detumores extracolónicos (endometrio, ovario, estómago, conductos biliares, vesícula, uréteres y piel. Criterio de Ámsterdam I

•Al menos tres parientes tengan cáncer colorrectal. •Uno de ellos debe ser en primer grado o al menos dos generaciones consecutivas deberían ser afectadas. •Al menos un caso de cáncer colorectal debe aparecer antes de los 50 años. •Se debe excluir a FAP. Criterio de Ámsterdam II •Al menos tres parientes con Cáncer HNPCC. •Ser un pariente de primer grado de otros dos. •Al menos dos generaciones consecutivas deberían ser afectadas. •Al menos un caso de cáncer HNPCC-RELACIONADO debería ser antes de 50 años. •FAP debería ser excluido. Original Bethesda criteria •Individuos con el cáncer en sus familias debe cumplir primero con los criterios de Amsterdam. •Tener al menos dos Individuos con cánceres HNPCC-RELACIONADOS, (tiroideo, cervical ,etc.) que pueden incluir cáncer sincrónico (tumor aparece al mismo tiempo que aparece el tumor en estudio) o metacronico (aparece posterior al tumor en estudio) •Individuos con cáncer colorectal y un pariente de primer grado con cáncer colorectal y/o cáncer HNPCC-RELACIONADO extracolonico y/o una adenoma colorectal; uno de los cánceres diagnosticados en <50 año de edad, y la adenoma diagnosticada en <40 año de edad. Revised Bethesda guidelines •Cáncer colorrectal diagnosticado en un paciente menor de 50 años. •Presencia de un tumor colorrectal sincrónico o metacrónico o de otro tumor asociado al HNPCC (colorrectal, endometrial, estomacal, ovárico, pancreático, del uréter y pelvis renal, del tracto biliar, intestino delgado, cerebro y adenomas de glándulas sebáceas), independiente de la edad. •Cáncer colorrectal con histología altamente compatible con MSI (presencia de tumor infiltrante linfocitario, reacción linfocitaria similar al Crohn, diferenciación mucinosa o en

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Capítulo 17 |Genética Molecular del Cáncer de Colon anillo de sello, o patrón de crecimiento medular) diagnosticado en un paciente menor de 60 años. •Cáncer colorrectal diagnosticado en uno o más parientes de primer grado con un tumor relacionado al HNPCC, o con uno de los cánceres diagnosticado bajo los 50 años de edad. •Cáncer colorrectal diagnosticado en dos o más parientes de primer o segundo grado con tumores relacionados al HNPCC, sin importar la edad. Regla general: 1.Para que un paciente sea diagnosticado como HNNPCC (Lynch) necesariamente debe cumplir los criterios de Ámsterdam. 2.Al menos tener algunos criterios de Bethesa cumplidos. 3.Es necesaria la consejería genética. Síndrome de Lynch asociado principalmente a la flexura esplénica, sin embargo en una población asiática se en- Gráfico 2. Fecuencia del sindrome de Lynch en contró en el sigmoides principalmente(Gráfico 2). una poblacion asiática.

Screening genético en HNPCC

•Si un familiar de un paciente cumple con los criterios de Ámsterdam, se debe realizar análisis de mutaciones en los genes MLH1, MSH2 y MSH6. Se realizan por SSB (Singlestrand DNA binding proteins) y proteína truncada. •Si los criterios no son cumplidos, pero aún hay sospecha, se debe realizar análisis de inestabilidad de microsatélites (MSI) o inmunohistoquímica de MLH1/MSH2/MSH6 (hay una asociación directa con la fallas de estos genes y la alteración en la longitud de los microsatélites). •Si existe alteración en los microsatélites o pérdida de expresión de algunos de estos 3 genes, se recomienda hacer análisis genéticos (en genes supresores de tumores)(Esquema 1). •Aquellas personas que cumplen con los criterios de Ámsterdam, pero sin evidencia de MSI, sugiere síndrome X de cáncer colorrectal familiar.

Monitoreo clínico en HNPCC

•Pacientes con riesgo de HNPCC deben realizarse colonoscopías cada 2 años, a partir de los 20-25 años de edad, y anualmente a partir de los 40. •Mujeres en riesgo deben realizarse biopsias anuales mediante aspiración endometrial y ultrasonografía transvaginal para visualizar los ovarios, a partir de los 20-25 años. •Aquellos pacientes portadores de mutaciones deben recibir consejería respecto de la colectomía parcial con anastomosis ileorectal. •A las mujeres se les informa respecto de la histerectomía y ovoforectomía bilateral profilácticas. Sin embargo hasta la fecha no hay consenso respecto de estas medidas profilácticas. •Clásico ejemplo de una familia con síndrome de Lynch, en que es padecido por el se desarrolla en algunos de los hijos y nietos. ~175~


Esquema 1. Algoritmo para el diagnostico de sindrome de Lynch.

Síndromes polipósicos Hamartomatosos

•Este grupo incluye a los síndromes de Peutz-Jehgers, Poliposis juvenil, Cowden, Bannayan-Riley-Ruvalcaba y Poliposis hereditaria mixta, entre otras. Casi todos son de herencia autosómica dominante, sin embargo, los genes supresores de tumores tienen herencia autosómica recesiva, en la mutación de APC no se sigue la regla, porque se cree que hay una teoría en que si se trunca APC se alterarían las proteínas normales, por lo que bastaría una mutación para desarrollar la patología. •Se caracterizan por la presencia de pólipos hamartomatosos. •La mayoría de ellos están asociados con riesgo de desarrollar carcinomas gastrointestinales y extraintestinales. •Los síndromes de Cowden (CS) y Bannayan-Riley-Ruvalcaba (BRRS) se producen por mutaciones en la línea germinal del gen supresor de tumores PTEN/MMAC1. •Los pacientes tienen riesgo de desarrollar cáncer de mama, tiroides y uterino. Poliposis Juvenil (JP) •Se hereda de forma autosómica dominante al menos en el 30% de los pacientes y su incidencia es de 1:100.000. •Los pacientes desarrollan pólipos colorrectales hamartomatosos, que se caracterizan por la presencia de criptas dilatadas. •Posee menor número de pólipos que FAP y el curso de la enfermedad es menos maligno. •El diagnóstico se realiza cuando hay ≥ 5 pólipos hamartomatosos en la zona colorrec~176~

Capítulo 17 |Genética Molecular del Cáncer de Colon tal, cuando existe historia familiar de JP y presencia de pólipos hamartomatosos en el estómago o intestino delgado. Síndrome de Peutz-Jeghers •Se caracteriza por pigmentación mucocutánea y hamartomas que pueden aparecer desde el estómago hasta el ano. La pigmentación por melanina da la apariencia de manchas similares a pecas en la cara, labios, boca y región anal. •Se hereda de forma autosómica dominante sin distinción de sexo y con una incidencia de 1:200.000. •Mutaciones de línea germinal en el gen de la serina/treonina kinasa (STK11/LKB1) en el cromosoma 19p13.3 causan el Síndrome de Peutz-Jeghers en la mitad de los casos. •Criterios diagnósticos para el Síndrome de Peutz-Jeghers (PJS) oTres o más pólipos histológicamente confirmados para PJS. oCualquier número de pólipos confirmados si es que se tiene historia familiar de PJS. oPigmentación mucocutánea, prominente y característica, con historia familiar de PJS. oCualquier número de pólipos Peutz-Jeghers y pigmentación mucocutánea prominente característica. Síndrome de poliposis hereditaria mixta (HMPS) •Se caracteriza por la presencia de pólipos colónicos de diversos tipos histológicos. •En forma similar a FAP, se hereda de forma autosómica dominante y eventualmente conduce a cáncer colorrectal. •Por el contrario no se encuentran manifestaciones extracolónicas. •Se define con la aparición de tres o más pólipos adenomatosos, hiperplásicos o juveniles; o pólipos mezclados de estos tres tipos. Mecanismos genético-moleculares en los síndromes polipósicos hamartomatosos.

•Entre 40-60% de pacientes con JP ten- drían mutaciones en los genes SMAD4 (18q21) y BMPR1A (10q22). (Smad4 está asociada aAPC y las β-cateninas).

•Mutaciones en el gen ENG (endoglina), un receptor accesorio para TGF-β, también se encuentran en JP.

•Mutaciones dentro del gen STK11 (LKB1) estarían presentes en casi el 70% de los pacientes con JP.

•LKB1 también está mutado en PJS y su rol sería regular proliferación celular y crecimiento, probablemente mediante la inducción deapoptosis. •La fosforilación de LKB1 por PKA esesencial para la supresión del crecimiento celular. •LKB1 también es un sensor del estrés energético y la privación de nutrientes.

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STK11 (LKB1) corresponde a un sensor energético; si en una célula hay altos niveles de AMP la célula carece de energía y necesita reactivar la glicolisis. Altos niveles de AMP indican que metabólicamente la célula está saturada. LKB es un precursor para activar a la AMPK y también por AMP, por lo que se tiene una vía para activar TSC2, este gen a su vez está rela-cionado con síndromes proteicos, del crecimiento, y proliferación celular. Esta vía se encuentra alterada en PJS y en Poliposis Juvenil

Consejería Genética del Cáncer de colon hereditario ¿Qué ocurre si se encuentran mutaciones en el gen APC o MSH1 u otro, pero estas mutaciones no necesariamente tienen que ver con una alteración proteica?, ¿Qué hacer en ese caso? •La identificación de susceptibilidad genética al cáncer de colon es factible debido a la identificación de genes asociados a los diversos síndromes. •Una de las principales problemáticas es diferenciar las mutaciones de simples polimorfismos o variantes de significancia incierta. •Actualmente se está llevando a cabo el “International Human Variome Project” encargado de catalogar todas las variantes genéticas en las diversas patologías humanas y describiendo la alteración fenotípica observada. •Sin embargo antes de que un paciente se someta a test genéticos, ellos deben recibir consejería genética, de modo de saber los pros y los contras de esta información. Consideraciones personales y económicas •El costo de los test genéticos es elevado y hasta ahora no están considerados en los planes de salud públicos ni privados. Por otra parte predispone al miedo y ansiedad al saberse portador de mutaciones que pueden provocar cáncer y los padres se sentirán culpables de heredar a sus hijos una mutación predisponente, sin embargo ofrece una enorme oportunidad para un diagnóstico preciso. •Se debe tener claro que el consejo genético permite la elección de drogas basadas en genética molecular.

En Chile se hizo un análisis en algunas familias chilenas que tenían antecedentes de FAP (39 pacientes de 24 familias diferentes) se hizo tamizaje para gen APC con la técnica de proteína truncada: se amplifica una región génica y se clona. Después se induce que bacterias expresen la proteína y se hace correr en un gel de poliacrilamida. Los tamaños van a ser muy variables porque se han codificado proteínas truncas (Figura 1).

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Figura 1. Estudio realizado en Chile

Capítulo 17 |Genética Molecular del Cáncer de Colon

Pacientes y Métodos Se analizaron 39 pacientes chilenos con FAP, pertenecientes a 24 familias con registro de cáncer colorectal hereditario. El tamizaje del gen APC fue realizado por SSCP y test de proteína truncada (PTT).La amplificación por PCR cubrió secuencias codificantes y uniones intrónexón de los exones 1-14 y segmentos parciales del exón 15.En aquellos fragmentos que presentan mutaciones se realizó secuenciación automática. Las mutaciones fueron nombradas de acuerdo a la nomenclatura propuesta por la Human Genome Variation Society.

Conclusiones •Se detectaron mutaciones en el gen APC en 21 de las 24 familias con FAP que fueron evaluadas (87%). Un 13 % se escapa a eso. Sólo 3 familias sin mutaciones en este gen fueron identificadas, correspondientes al 13 %. En estas 3 familias se debería analizar la presencia de mutaciones en el gen MYH, responsable de una forma atenuada de FAP. •El exón 15 presentó 14 mutaciones distintas, siendo la más frecuente c.3927-3931delAAAGA. Esta mutación crea un codón de término prematuro en la posición 1312.

Tratamiento paliativo del cáncer colorrectal

•5-fluorouracilo: Análogo de nucleótido se une al DNA durante la replicación o transcripción y bloquea la síntesis, inhibe la timidilato sintasa, inhibe la síntesis de timidina. Se administra junto a ácido folínico (leucovorin) mediante infusión continua o inyección. Tiene muchas contraindicaciones. •Capecitabina (Xeloda®): Es una molécula que se modifica una vez que llega al lugar del tumor y en ese sitio recién se metaboliza a 5- fluoroacilo. Se administra vía oral dos veces al día por dos semanas, seguido de una semana sin tratamiento. •Irinotecán (Camptosar®): Se combina con 5-FU y leucovorín (régimen FOLFIRI) como tratamiento de primera línea para el cáncer colorrectal avanzado. Se administra como infusión intravenosa de 30 minutos a 2 horas. Leucovorin es un análogo del acido fólico, irinitecan es un inhibidor de la topoisomeraasa-I por lo tanto inhibe la replicación. •Oxaliplatino (Eloxatin®): Se combina con 5-FU y leucovorín (régimen FOLFOX) o con capecitabina (régimen CapeOX). Se administra como infusión intravenosa por dos horas, usualmente una vez cada dos o tres semanas. Capecitabina tiene asociada platino y se une al DNA e induce su ruptura. Avances en el tratamiento del cáncer colorrectal

La mayoría de los cánceres epiteliales se caracteriza por la activación de factores de crecimiento y receptores de la familia de EGFR. Una de las terapias más exitosas consiste en la administración de anticuerpos monoclonales dirigidos contra este receptor. •Cetuximab (Erbitux®) es un anticuerpo monoclonal IgG1 que une específicamente a EGFR y se demostró que aumenta la sobrevida de los pacientes en más de 30 meses. •Panitumumab (Vectibix®) es un anticuerpo monoclonal IgG2 100% humano, dirigido contra el dominio extracelular de EGFR. •La unión de anticuerpos a EGFR bloquea la señal inducida por este, inhibiendo la pro~179~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología liferación celular, angiogénesis y desdiferenciación. Además estimula la apoptosis y previene la formación de metástasis (la unión del anticuerpo bloquea el receptor y se inhibe la vía de transacción mediada por EGFR). Se asocia mutaciones en K-ras con la no eficacia de fármacos, porque dentro de la vía de EGFR se activa K-ras y si este está mutado va a variar independiente de EGFR, por lo tanto si se bloquea la unión del receptor no haría diferencia porque la vía K-ras sigue activada. La consejería genética es importante para no hacer un tratamiento que en el fondo no servirá de nada. Sobrevida del paciente versus tiempo en semanas: •K-ras no mutado con tratamiento (100 semanas). •K-ras mutado con tratamiento (250 semanas). Un paciente que tiene mutaciones en K-ras no le sirve el tratamiento Si está mutado K-ras va a actuar independiente de la unión al receptor.

Bevacizumab •Bevacizumab (Avastin®) es un anticuerpo monoclonal recombinante diseñado contra VEGF. •Inhibe la angiogénesis tumoral, impidiendo el crecimiento y metástasis del tumor. •Se utiliza en combinación con el régimen FOLFIRI, FOLFOX o XELOX entre otros. •Algunos estudios sugieren que la administración conjunta de bevacizumab y cetuximab sería beneficiosa para los pacientes. •Se administra como infusión intravenosa una vez cada 2 semanas. La ventaja es que es independiente a mutaciones en K-ras, todas las terapias se usan en conjunto Algunos trabajos dicen que la terapia dual es muy efectiva y que otras disminuyen su efecto. Bevacizumab se une al EFG e inhibe esta vía, si bloquea la angiogénesis no hay crecimiento del tumor.

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Introducción a la Farmacología: Historia

L

a farmacología es la ciencia biológica que estudia las acciones y propiedades de los fármacos en los organismos. Por lo tanto, un fármaco es, en sentido amplio, toda sustancia química capaz de interactuar con un organismo vivo y, en sentido más restringido, es toda sustancia química utilizada en el tratamiento, curación, prevención o diagnóstico de una enfermedad, o para evitar la aparición de un proceso fisiológico no deseado. La farmacología es una ciencia transversal, ya que no existe especialidad que no dependa de fármacos en sus tratamientos. Esta ciencia se divide en farmacología general y farmacología especial o específica. La farmacología general abarca las bases biológicas por las cuales funcionan los fármacos específicos, mientras que la farmacología especial o específica estudia los fármacos según su sitio de acción.

Historia El premio Nobel Albert Szent-Györgyi expresó: “Si queremos ver lo que hay ante nosotros, debemos mirar para atrás”. Es un llamado sabio a prestar atención a la historia en todo momento. En este capítulo sólo se pretende brindar algunos elementos históricos del desarrollo de la farmacología como ciencia. Dentro del desarrollo como especie, el ser humano ha convivido con bacterias, hongos y protozoos, en comunidad y sinergia, si este equilibrio se pierde se producen patologías generando, por ejemplo, grandes epidemias. El hombre ha desarrollado estrategias para enfrentar estos desequilibrios que se producen y que afectan a la salud de la especie. Dentro de los primeros registros de una civilización que se dedicó a la farmacología como intentos para mantener el equilibrio, están los papiros de Ebers, un tratado de farmacología de 1500 años de antigüedad tallado en piedra. Es uno de los más largos documentos escritos encontrados del antiguo Egipto, con 877 apartados que describen numerosas enfermedades en varios campos de la medicina (oftalmología, ginecología, gastroenterología, entre otras) y las correspondientes prescripciones, así como un primer esbozo de la depresión, respecto al campo de la psicología (primera civilización en considerar la depresión desde un punto de vista clínico). Detalla el uso de extractos de insectos, manejo de minerales y de pacientes. Se puede dividir la historia de la farmacología en 3 grandes épocas: Edad Antigua, Edad Media y Edad Moderna (siglos XVI, XVII, XIX, XX). Edad Antigua El empleo de plantas o sustancias de origen animal con fines curativos data del Paleo~181~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología lítico, durante la cual se utilizaban también conjuros y ritos mágicos, aliándose a un fortísimo componente psicológico del paciente, lo que daba lugar a la medicina primitiva. Más tarde, las civilizaciones que más aportaron al desarrollo de la medicina occidental se ubicaron en el valle del Nilo y la planicie del Tigris y Éufrates. Las escrituras de conocimiento médico más antiguas se encontraron en Mesopotamia, constituidas por tablillas de arcilla grabadas en escritura cuneiforme; allí se describe el uso de plantas como la cassia, el tomillo y la adormidera. En el código de Hammurabi (1760 a.C.) aparece descrito el regaliz como un expectorante y saborizante. Siglos más tarde en Egipto se escribió el Papiro de Ebers (1500 a.C.). En él se describen una serie de recetas (como aceite de ricino, escila, opio y sulfato de cobre). Así es como ambas civilizaciones, la egipcia y mesopotámica, en forma paralela desarrollaron la farmacología. Si seguimos avanzando en el tiempo, nos encontramos con Alcmeón de Crotone (500 a.C.) un filósofo pitagórico dedicado a la medicina, quien realizó las primeras disecciones en animales e inició la farmacología experimental. Posteriormente Hipócrates de Cos (460-370 a.C.), destacado médico griego considerado por muchos como el “padre de la medicina” en reconocimiento a sus importantes y duraderas contribuciones a esta ciencia, se le atribuye la creación del “Corpus Hippocraticum”, un conjunto de escritos médicos que abarca más de mil páginas y en el que se detallan terapéuticas basadas en aprovechar las fuerzas naturales del organismo, sumado a algunos medicamentos como opio, escila, raíz de granado, azufre, arsénico. Lo interesante de Hipócrates es que por primera vez alguien intenta tratar la enfermedad mezclando productos naturales y los aspectos emocionales del paciente, a lo que él llama “terapéutica para aprovechar las fuerzas naturales del organismo”, lo que tiene se relaciona con la farmacología moderna. Entre la simbología y los cultos antiguos destaca la vara de Asclepio (Esculapio para los romanos), antiguo símbolo griego asociado con la astrología y la curación de enfermos mediante medicina (300 a.C.). Otro aporte significativo lo hace Teofrasto de Eresos (370-285 a.C.), el discípulo más prominente de Aristóteles, quien realizó la primera clasificación de las plantas medicinales. En el siglo I a.C. Crátevas (124-64 a.C.) escribió de venenos y contravenenos, y Aulo Cornelio Celso (25 a.C. a 50 d.C.), enciclopedista romano, realizó la primera clasificación de medicamentos de acuerdo a su acción (purgantes, vomitivos, diuréticos, sudoríferos, narcóticos y estimulantes). Corresponde también mencionar a Galeno (130-201 a.C.), considerado el primer médico griego que se dedica principalmente a la farmacología. En América del Sur y Asia las civilizaciones Inca, Maya, Azteca y China desarrollaron sus propias técnicas de sanación, basados en productos naturales.

Edad Media Edad “oscura” donde los científicos, acusados de herejes, son condenados a muerte deteniendo el progreso de la farmacología. Las pestes no se controlan, generando como consecuencia numerosas muertes. La religión adquiere gran influencia, provocando un estancamiento en el avance de las ciencias médicas (San Antonio, San Eloy, San Jorge). Entre los personajes más destacados de la época encontramos a Tralles (525-605 d.C.) y Pablo de Egina, médicos del Imperio Bizantino; Rhazes (850-923 d.C.), también conocido como Al-Razi. Famoso es su Kitab-el-Mansuri, “El libro de Mansur”, un conciso manual de medicina que prestó valiosos servicios en la enseñanza. Destaca también Avicena (980-1037 d.C.), médico y filósofo persa, reconocido por “El canon de medicina”, una obra de 50 partes ~182~

Capítulo 18 | Introducción a la Farmacología: Historia que trata de la teoría médica.

Edad Moderna

Siglo XVI Leonardo Fuchs (1501-1566), médico farmacognosta alemán, describe las plantas medicinales; Valerius Cordus (1515-1544), farmacéutico, médico y botánico alemán, hace un importante aporte a la farmacología a través de su farmacopea “Dispensatorium”; y Paracelso (1493-1541), alquimista, médico y astrólogo suizo, hace uso de sustancias químicas en el tratamiento de las enfermedades.

Siglo XVII Esta etapa la farmacología se orientó al uso de plantas en los tratamientos. Robert Talbot (1642-1681) y Thomas Sydenham (1642-1689), preferían el uso de las plantas frente al de minerales, de acción más específica aunque menos radical que éstos; Jean Adrien Helvétius (1661-1681), célebre médico francés, destacado por haber descrito y divulgado las propiedades eméticas de la planta brasileña ipecacuanha o ipeca; William Withering (1741-1799), médico, geólogo, químico y botánico británico, descubrió la sustancia activa de las hojas de la dedalera (Digitalis purpurea), la sustancia activa es actualmente conocida como digitalis y se utiliza en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca congestiva y en el tratamiento de las arritmias; Gerard van Swieten (1700-1772), medico holandés famoso por su tratamiento para pacientes con sífilis con el licor que lleva su nombre (licor de Swieten), una solución alcohólica con un sublimato de mercurio. Destacan también Thomas Dover (1660-1742; médico alumno de Sydenham) y Thomas Quincey (1785-1859; periodista y escritor británico), quienes realizaron importantes aportes al dedicarse al estudio del opio, del cual proviene la morfina, entre otras drogas.

Siglo XIX Serturner (1784-1841), farmacéutico alemán, aísla la morfina (derivado del opio). Pierre Joseph Pelletier (1788-1842), naturalista y químico francés, aísla la estricnina (alcaloide toxico); J. B. Caventou (1795-1877) aísla la quinina; Friedrich Wholer (1800-1882) sintetiza urea; Alexander Wood (1817-1882) creador de la aguja hipodérmica; Wells (1815-1848), Morton (1819-1868), Jackson (1805-1880) y Long (1815-1848) desarrollaron la anestesia por inhalación; Francois Magendie (1783-1855) establece la farmacología como ciencia experimental; Claude Bernard (1813-1878), estudia las propiedades del curare, estricnina, nicotina, alcaloides del opio, anestésicos generales y cloral.

Siglo XX En 1900, John J. Abel (1857-1938) aísla la adrenalina. En 1910, Paul Ehrlich (18541915) crea el salvarsán o arsfenamina, utilizada en el tratamiento de la sífilis, gracias a lo cual en 1908 recibe el premio Nobel. En 1921, Banting (1891-1941) y Best (1899-1978) aíslan la insulina; en 1926, John J. Abel obtiene insulina pura. En 1929, Alexander Fleming (18811955), descubre las propiedades de la penicilina; y en 1935 Gerhard Domagk (1895-1964), descubre que la sulfonamida Prontosil era efectiva contra las infecciones causadas por estreptococos. ~183~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Así es como en el siglo XX los nuevos aires de la química sintética empezaron a revolucionar la industria farmacéutica y, con ella, la ciencia de la farmacología. Cada fármaco que aparecía representaba un nuevo desafío para los farmacólogos y fue entonces cuando la farmacología alcanzó verdaderamente su identidad y su estatus entre las ciencias biomédicas. Simultáneamente a esta ingente proliferación de moléculas terapéuticas (obtenidas fundamentalmente por los químicos), también avanzaba rápidamente la fisiología, sobretodo en relación a mediadores químicos. En este periodo se descubrieron muchas hormonas, neurotransmisores y mediadores inflamatorios, y se observó que la comunicación química desempeña un papel esencial en casi todos los mecanismos reguladores de nuestro organismo; todo esto originó un enorme campo de interés común entre la fisiología y la farmacología. También a principios del siglo XX emergió la bioquímica como una nueva disciplina científica independiente y el descubrimiento de las enzimas y el estudio de las vías bioquímicas aportaron nuevos datos para el conocimiento de los efectos de los fármacos. Observando el diagrama de la farmacología basado en este breve repaso a su historia (ver Figura 1), se comprueba que es una especialidad que ha evolucionado desde los antiguos remedios pre- Figura 1. El desarrollo de la farmacología. A medida que han pasado los científicos hasta su aprovecha- años la farmacología, que comenzó como simples remedios miento comercial a partir del siglo precientíficos, ha obtenido respetabilidad como disciplina científica y XVII y que obtuvo la respetabili- continúa avanzando junto al desarrollo de la tecnología. dad como disciplina científica tan pronto como fue posible en el siglo XIX.

Farmacología Clínica o Médica Es la ciencia que estudia las substancias químicas empleadas para prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades. Estudia especialmente cómo los fármacos aplicados a estados fisiopatológicos del ser humano, logran revertir el problema. Existen tres términos que a menudo se utilizan como sinónimos, aunque tienen significados distintos: fármaco, medicamento y droga.

Fármaco: Se refiere a cualquier sustancia activa (no alimenticia) de origen natural (vegetal, animal o mineral), semisintética o sintética que interactúa con organismos vivos para modificar un proceso o respuesta biológica y producir así, un efecto farmacológico. La mayoría de los fármacos modifican, pero no crean nuevas funciones celulares. Es importante destacar que existen muchos fármacos que no son agentes terapéuticos, pero producen efectos ~184~

Capítulo 18 | Introducción a la Farmacología: Historia farmacológicos y son poderosas herramientas de estudio (por ejemplo, la tetrodotoxina que inhibe canales de sodio). Es decir, no todos los fármacos son componentes de medicamentos. También resulta importante mencionar que algunos medicamentos después de varios años en el mercado han sido retirados debido a los efectos adversos que ocasionaron en paciente ambulatorios. En tales casos, la sustancia activa de dichos medicamentos pasaría a ser sólo un fármaco o droga.

Medicamento: Proviene de la raíz latina medicamentum que significa “medicina”. El término se refiere a las formas farmacéuticas que contienen una o varias sustancias activas que se administran con fines profilácticos, diagnósticos o terapéuticos. También se incluyen aquellas sustancias que modifican una función fisiológica que no implica una enfermedad, como es el caso de medicamentos anticonceptivos para la prevención del embarazo. El medicamento sería un fármaco útil con fines médicos. De todos los fármacos existentes, sólo un número limitado de ellos cumplen con las rigurosas pruebas preclínicas y clínicas para llegar a formar parte de medicamentos. El desarrollo de medicamentos es un proceso complejo de varias fases y es regulado por diversas instancias nacionales e internacionales (ver más adelante Desarrollo de fármacos).

Droga: En sentido clásico, se refiere a una sustancia, generalmente de origen vegetal, tal como la ofrece la naturaleza u obtenida a partir de sencillas manipulaciones, siendo el principio activo la sustancia responsable de la actividad farmacológica de la droga. También se utiliza incorrectamente el término “droga” como sinónimo de medicamento por la traducción literal del vocablo inglés “drug”. Otra acepción del término “droga” es la referida a las drogas de abuso, de empleo muy frecuente dada la importancia creciente de la drogodependencia en la farmacotoxicología.

Clasificación de la farmacología Existen variados enfoques que se pueden dar a la clasificación de farmacología y numerosas las posibles subdivisiones (ver Figura 2). A continuación se entrega una aproximación de algunas de éstas:

Farmacognosia: Estudia el origen y las características botánicas, fisicoquímicas, organolépticas y otras, que las identifiquen, de sustancias medicamentosas y drogas (generalmente de origen animal) y el producto de su sencilla manipulación. Farmacología química: Estudia la estructura químicas de los fármacos, los procesos de obtención y síntesis y la relación estructura-actividad farmacológica. Farmacotecnia o farmacia galénica: Se ocupa de la adecuada preparación de los medicamentos para su utilización terapéutica. Tiene gran importancia, puesto que las distintas formas medicamentosas condicionan la farmacocinética y, por lo tanto, la eficacia terapéutica. Etnofarmacología: Se ocupa del estudio de las propiedades de las plantas utilizadas con fines medicinales por pueblos indígenas de distintas etnias. Tiene interés desde el punto de vista histórico, antropológico, cultural y de la investigación farmacológica con posible utilidad terapéutica. Farmacocinética: Estudia los procesos de absorción, metabolismo o biotransformación ~185~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología y excreción en el organismo de los fármacos (ADME: absorción, distribución, metabolismo y excreción), es decir, la farmacocinética estudia qué hace el organismo sobre los fármacos después de su administración. El conocimiento preciso de la farmacocinética tiene gran importancia y permite predecir la acción terapéutica o tóxica de los fármacos. Farmacodinamia: Estudia las acciones y efectos de los fármacos sobre los distintos aparatos, órganos y sistemas, y su mecanismo de acción bioquímico o molecular. La farmacodinamia se ocupa de qué hacen los fármacos sobre el organismo. Farmacometría: Estudia la cuantificación de los efectos de los fármacos, desde el punto de vista experimental y clínico, en función de las dosis administradas. Farmacogenética: Se ocupa de la influencia de la herencia sobre los efectos de los fármacos. Con los avances en el conocimiento de la biología, la genética molecular y el genoma humano, se vislumbra la posibilidad de diseñar terapias que se ajusten a las características genéticas de cada individuo (farmacogenómica). Los genes determinan el desarrollo de muchas enfermedades y también pueden determinar su curación modulando el efecto de los fármacos, mediante su adaptación a las características génicas del paciente. Cronofarmacología: Estudia los efectos de los fármacos en función de las características biológicas, temporalres o ritmos biológicos. Los fármacos pueden actuar sobre esos ritmos biológicos modificándolos (por ejemplo, los anticonceptivos hormonales sobre el ciclo menstrual), o adaptando la administración del fármaco a las características biológicas temporales del paciente (tratamiento del paludismo según el ciclo del parásito en el organismo). Los ritmos biológicos pueden modificar la farmacocinética y la farmacodinamia y, por consiguiente, aumentar o reducir la eficacia terapéutica de los fármacos. Farmacología clínica: Estudia las acciones y los efectos de los fármacos en el hombre sano y enfermo, y se ocupa de la investigación para el uso racional de los medicamentos. Farmacoterapia (farmacología aplicada): Como consecuencia de la farmacología clínica, se ocupa del estudio de la utilización de los fármacos en la modificación de funciones fisiológicas, diagnóstico, prevención y tratamiento de las enfermedades, sus indicaciones, contraindicaciones, interacciones farmacológicas, pautas posológicas, evaluación de la relación beneficio-riesgo y, en definitiva, el uso racional de los fármacos en terapéutica. Toxicología: Como ciencia propia, se ocupa del estudio de la toxicidad de las sustancia o productos químicos en general. Desde el punto de vista de la farmacología terapéutica, la toxicología medicamentosa se ocupa del estudio de las reacciones adversas (RAM) y de las enfermedades ocasionadas por lo medicamentos. Farmacoepidemiología: Se ocupa del estudio del impacto de los fármacos en cuanto a sus efectos beneficiosos y adversos en grandes poblaciones humanas, utilizando el método epidemiológico. La farmacoepidiomología abarca tanto la actividad de la farmacovigilancia (seguridad de los medicamentos una vez comercializados, fase IV de la farmacología clínica) como todo el entorno de la utilización de los medicamentos: mercadotecnia, distribución, prescripción, dispensación y uso, con sus consecuencias sanitarias, sociales y económicas. Los objetivos fundamentales de la farmacoepidemiología son el estudio y control de la seguridad y el coste de los medicamentos; de éste se ocupa, como parte de la farmacoepidemiología, la farmacoeconomía. Farmacoeconomía: Estudia el coste de los medicamentos, en cuanto a su desarrollo, fabricación, comercialización, impacto económico presupuestaria estatal (gratuidad total o parcial para el paciente), y también en relación con el coste que representa la enfermedad (baja ~186~

Capítulo 18 | Introducción a la Farmacología: Historia laboral, hospitalización, duración del tratamiento, coste de las reacciones adversas, etc.). Terapia génica: Es una nueva forma de medicina molecular, surgida como consecuencia del avance en el conocimiento de la farmacogenética y de la genómica. Consiste en la introducción de un gen en determinadas células o tejidos con el fin de que su expresión corrija la enfermedad causada por la alteración de dicho gen (ver Capítulo 15 - Terapia génica).

Figura 2. Farmacología actual con algunas de sus subdivisiones. Las disciplinas intermedias (recuadros blancos) conectan la farmacología con otras disciplinas biomédicas destacadas(cuadros grises).

Origen de los medicamentos Los medicamentos pueden tener un origen natural (que incluye productos derivados de animales, insectos, vegetales y minerales), origen semisintético (que mezcla productos naturales y otros creados en laboratorio) y de origen químico (completamente sintéticos). A partir de 1959 comienza la producción de fármacos de origen sintético químicos, para muchos la solución, para otros ha sido considerado un aspecto negativo en la salud. Se sabe que en algunos casos no ha sido bueno dejar de lado la medicina natural. La farmacología sintética trata de mejora una enfermedad como algo muy mecánico, no considerando el aspecto multifactorial del cuerpo humano. Lo que actualmente está marcando pauta en la farmacología son los “fármacos diseñados por computador”, en donde el computador reúne todos los síntomas clínicos del paciente e introduce diferentes moléculas que puede ir cambiando y coteja con los efectos producidos, así para el investigador que inicialmente tiene un espectro determinado de moléculas, el computador indica cual sería en teoría más efectivo, dando una dirección al estudio. Todo esto es solo teórico pero con el tiempo se ha comprobado lo efectivo del modelo.

Ejemplos de medicamentos de origen natural • Mineral: Sulfato ferroso (se administra a pacientes con anemia, embarazadas), hidróxido de aluminio (antiácido, neutraliza hidrógenos generando agua), carbonato de calcio, cloruro de potasio, cloruro de sodio (para que las proteínas circulen en la sangre necesitan de un medio electrolítico estable y las sales ayudan a mantenerlo). ~187~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología • Animal: Adrenalina, sales biliares, heparina (anticoagulante), insulina, extracto de tiroides (modifica metabolismo), gonadotrofinas, hormonas hipofisiarias. • Vegetal: Atropina (antiarrítmico), arecolina, fisostigmina, efedrina, vinblastina, derivados de opio (es una droga/fármaco, según como se use, ya que es un precursor. En el cerebro existen receptores para opio, lo que comprueba que no es antinatural su uso, están relacionados con el control del dolor), quinina, digoxina.

Ejemplos de medicamentos de origen semisintético • Penicilinas (acción contra microbios alterando la pared celular, alterando la capacidad de síntesis de la misma), cefalosporinas, aminoglucósidos. Ejemplos de medicamentos de origen sintético • Isoproterenol, fenotiazinas, anestésicos locales, antivirales, antineoplásios.

Farmacología especial (basada en el lugar de acción de los fármacos) Según el sistema u órgano en el que se enfoca la farmacología, tenemos la siguiente clasificación: -

Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología Farmacología

del sistema nervioso central y periférico. del sistema nervioso autónomo. del sistema cardiovascular. renal. del sistema respiratorio. del sistema digestivo-endocrino. del sistema hematopoyético. de los procesos infecciosos. de los procesos neoplásicos. radiológica.

Dogma de la farmacología El dogma en el que se basa la farmacología es: dosis - nivel plasmático - efecto. Dentro de este dogma, la dosis tiene directa repercusión con la toxicidad y el rango terapéutico (ver Figura 3), al igual que la capacidad metabólica del individuo que incide en el nivel plasmático logrado, para así finalmente obtener un efecto (sea benéfico o no).

Toxicidad La administración de un fármaco puede producir un efecto terapéutico sobre el paciente, en este caso buscado, lo que se denomina efecto terapéutico, pero también puede conducir a la aparición de otros efectos no deseados. Ocasionalmente, estos efectos pueden resultar nocivos para el paciente. Se habla entonces de efectos tóxicos o de reacciones adversas a fármacos.

Figura 3. Toxicidad y rango terapéutico. Curva de concentración vs. tiempo que muestra la relación entre el rango terapéutico a una concentración determinada y la toxicidad de un fármaco cuando esa concentración es superada.

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Capítulo 18 | Introducción a la Farmacología: Historia Cada fármaco posee un margen por sobre el cual se vuelve tóxico, es de vital importancia tener esto presente al momento de administrar los medicamentos, ya que se debe considerar la cantidad y la separación en el tiempo entre cada dosis, además de tener presente posibles interacciones con otras sustancias ingeridas.

Rango terapéutico Este rango define las concentraciones séricas que se consideran pueden resultar eficaces y con una toxicidad aceptable. Por debajo de este límite, el paciente no responde adecuadamente y por encima, desarrolla efectos tóxicos.

Glosario de términos utilizados en farmacología

• Alcaloide: Sustancia química con uno o más átomos de nitrógeno. Se producen en el cuerpo humano y no se tiene idea para que son producidas, con el tiempo se ve si tienen efectos positivos o negativos. Se da el caso en el metabolismo de la dopamina, donde se produce un alcaloide que produce Parkinson en las personas. • Analgésico: Medicamento que produce ausencia o disociación del dolor. • Anestesia general: Estado en el cual se produce pérdida total de la sensación en todo el cuerpo (útil en cirugías o para reducir dolor exacerbado). • Anestesia local: Pérdida de sensación en un área limitada del organismo. • Anestésico: Sustancia que produce la ausencia de estesia (sensación) o de dolor. • Antihelmíntico: Fármaco utilizado contra parásitos intestinales. Sinónimos: vermífugo, vermicida. • Antipirético: Sustancia que reduce la fiebre, es decir abate la temperatura, pero no la reduce más de lo normal. • Antitusígeno: Fármaco utilizado para inhibir o controlar la tos. • Bactericida: Sustancia química que elimina bacterias. • Bacteriostático: Inhibe el crecimiento y reproducción de las bacterias. • Desinfectante: Sustancia química que se aplica a la superficie inanimada, para abatir el número de bacterias o para destruirlas completamente, no aplicable a seres vivos. Sinónimo de antiséptico y germicida. • Dosificación: Determinación y regulación de la dosis. • Dosis: Cantidad necesaria para provocar la respuesta terapéutica deseada en un paciente. • Eutanásico: Medicamento utilizado para inducir la muerte. • Expectorante: Medicamento utilizado para eliminar las secreciones del tracto respiratorio superior. • Hemostático: Medicamento utilizado para el control de la hemorragia. • Hipnótico: Medicamento que induce sueño, donde el paciente puede ser despertado. • Narcótico: Medicamento que deprime el sistema nervioso central. • Posología: Estudia la dosificación médica del fármaco. • Pesticida: Sustancia utilizada para el control de plagas de insectos o animales. Incluye insecticidas, herbicidas, fungicidas, nematocidas y rodenticidas. • Quimioterapia: Trata de los fármacos que inhiben selectivamente o destruyen a los agentes infecciosos específicos de las enfermedades. • Sedante: Medicamento depresor del sistema nervioso central que se utiliza para producir en ~189~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología estado de relajación y quietud, y que disminuye el miedo y la tensión.

Desarrollo de fármacos Antes de aplicar un fármaco, éste debe pasar por 2 procesos, divididos en estudios preclínicos y clínicos. En los estudios preclínicos se estudia reacción en cultivos celulares, teji dos, luego pasa a animales menores (por ejemplo ratas), seguido de animales mayores (por ejemplo primates), con lo que termina el estudio preclínico. Cuando un fármaco nuevo posee la autorización gubernamental para su investigación en humanos, se inicia el estudio clínico a través de las siguientes fases de investigación: FASE I: Los estudios son realizados principalmente en un pequeño grupo de voluntarios sanos (20-80), por investigadores capaces de evaluar datos farmacológicos y toxicológicos. Los objetivos principales de esta fase son: a) revisar la seguridad al valorar la presencia de efectos dañinos, b) la tolerabilidad al establecer los límites probables de valores de dosis clínicas seguras y c) la farmacocinética al valorar la absorción, distribución, metabolismo y excreción del fármaco en estudio. En ocasiones en esta fase, las pruebas son realizadas en voluntarios enfermos, sobre todo cuando se espera toxicidad del fármaco, como ocurre con los agentes antineoplásicos, y no es ético exponer a voluntarios sanos a efectos tóxicos predecibles. En la fase I las pruebas no son ciegas, es decir tanto los sujetos en estudio como los investigadores conocen el medicamento que se está administrando.

FASE II: Cuando en la fase I son obtenidos resultados confiables, por primera vez el fármaco es estudiado en pacientes con una enfermedad determinada a tratar. Los estudios de fase II en su mayoría, son estudios experimentales aleatorizados y tienen como propósito valorar la eficacia del fármaco nuevo en la enfermedad para la cual es diseñado. En esta fase, el fármaco es administrado a un número relativamente reducido de pacientes con la enfermedad (20-80), revisión cuidadosa de personal calificado para determinar la eficacia y seguridad del fármaco. En esta fase, el clínico necesita estar familiarizado con la patología que se está tratando, y diseña con frecuencia un estudio ciego en donde los pacientes desconocen el tratamiento. Además del grupo que recibe el fármaco nuevo, se incluye otro grupo que recibe el fármaco de referencia (control positivo). Probablemente esta fase es la prueba más crucial en el desarrollo y evaluación de un fármaco nuevo.

FASE III: Los estudios de la fase I y II proveen información razonable para descontinuar o continuar con el desarrollo del nuevo fármaco. En esta fase, los ensayos clínicos controlados son conducidos por investigadores calificados que controlan una gran población de pacientes, con el propósito de obtener datos que sustenten o no la eficacia y la seguridad del nuevo fármaco con respecto a un fármaco de referencia. Más de 150 clínicos pueden participar y supervisarán a más de 1,000 a 3,000 pacientes, por esta razón los ensayos que se diseñan tratan de disminuir los errores ocasionados por el sesgo de ambos. En consecuencia se diseñan estudios doble ciego y cruzado. Estos estudios son difíciles de organizar y extremadamente costosos, y a menudo duran de 2 a 10 años con un promedio de cinco, particularmente si el tratamiento es diseñado para retardar la progresión de una enfermedad crónica. Algunas reacciones adversas pueden observarse por primera vez en esta fase, como por ejemplo los efectos tóxicos producidos por procesos inmunológicos. El proceso completo de los ensayos clínicos ~190~

Capítulo 18 | Introducción a la Farmacología: Historia se realiza apegado a guías internacionales sobre buenas prácticas clínicas, con este código ético, científico y regulatorio se anticipa la protección del ser humano. Cuando existe acuerdo de que los datos obtenidos en la fase III justifican aprobar el fármaco como eficaz y seguro para el uso propuesto, se solicita una aplicación de un nuevo fármaco en Estados Unidos; es la FDA quien aprueba y otorga la aplicación NDA (por sus siglas en inglés New Drug Application). El expediente para la aplicación NDA contiene una extensa y detallada compilación de datos preclínicos y clínicos que han sido colectados desde el descubrimiento del nuevo fármaco. FASE IV: Este término comúnmente se aplica a todos los aspectos de investigación que son posteriores al otorgamiento de la aplicación NDA, y a la disponibilidad del nuevo fármaco para su extenso uso clínico en población abierta. Esta fase se refiere a la vigilancia continua de la seguridad del nuevo medicamento en las condiciones reales de uso en un gran número de pacientes. Se busca información adicional sobre el fármaco en relación a ajuste de dosis, uso en niños, gestantes, gerontes, indicaciones adicionales, reacciones adversas al medicamento, entre otros.

Lectura Recomendada • Chuaqui, B. (1999). Apuntes sobre historia de la medicina. Programa de estudios humanísticos. Extraído de http://escuela.med.puc.cl/paginas/publicaciones/historiamedicina/histmed_00.html Revisado el 8 de febrero de 2012. • Flórez, J. (2008). Farmacología humana. (5ª. Ed.). España: Elsevier Masson. • Lorenzo, P., Moreno, A., Lizasoain, I., Leza, J. C., Moro, M. A. & Portolés, A. (2009). Velázquez - Farmacología Básica y Clínica. (18ª. Ed.). Buenos Aires, Argentina: Editorial Médica Panamericana. • Magos, G. & Lorenzana, J. M. (2009). Las fases en el desarrollo de nuevos medicamentos. Revista de la Facultad de Medicina UNAM, 52(6), 260-264. • Mendoza, N. (2008). Farmacología médica. México: Editorial Médica Panamericana. • Rang, H. P., Dale, M. M., Ritter, J. M. & Flower, R.J. (2008). Farmacología. (6ª. Ed.). Barcelona, España: Elsevier.

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CAPITULO

Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología

E

l objetivo primordial de la farmacología es beneficiar al paciente y debe hacerlo de un modo tan racional y estricto como el que suele seguirse para llegar a un buen diagnóstico. Eso sólo se consigue si previamente existe un profundo conocimiento de qué hacen los fármacos, cómo lo hacen en la situación patológica concreta del paciente, y qué problemas pueden plantear.

El proceso terapéutico Para que el acto terapéutico cubra las condiciones de racionalidad exigidas en la época actual, es preciso que toda decisión prescriptiva responda a las siguientes preguntas:

1. ¿Penetra bien el fármaco en el paciente? Para ello se deben tener en cuenta las propiedades farmacéuticas del fármaco (forma y vía de administración) y la capacidad del enfermo para cumplir las órdenes prescriptivas.

1.1. Formas farmacéuticas Son el vehículo en el que es administrado el principio activo (responsable del efecto farmacológico). Estos preparados existen en estado sólido, semisólido, líquido y gaseoso, soluciones, suspensiones, emulsiones o dispersiones coloidales.

Formas sólidas - Polvos: compuesto por una o varias sustancias mezcladas, finamente molidas para su aplicación externa o interna. Ejemplo: el polvo de digital. - Granulados: son preparados sólidos obtenidos por agregación de polvos y azúcar repartida en pequeños granos. - Cápsulas: cubiertas de gelatina que se llenan con sustancia sólidas o líquidas y se administran por deglución para evitar el sabor y el olor de los medicamentos. Hay tres tipos de cápsulas: duras (para fármacos sólidos); cápsulas elásticas y perlas (para líquidos). Ejemplos: cápsulas de ergocalciferol, cápsulas de efedrina. - Tabletas o comprimidos: sólidos, generalmente discoidea, obtenida por compresión; es la forma farmacéutica más utilizada. Se las puede recubrir con una capa de azúcar para mejorar el sabor y protegerlas de la acción de la humedad y del aire. Otras tienen una capa entérica para que no irrite la mucosa gástrica. Ejemplo: tabletas de aspirina. - Supositorios: es un preparado sólido de forma cónica o de bala; se ablanda o disuelve a la ~193~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología temperatura del cuerpo. Están destinados a administrarse por vía rectal. Ejemplo: supositorios de aminofilina.

Formas semisólidas - Pomadas: es un preparado para uso externo de consistencia blanda, untuoso y adherente a la piel y mucosas. Ejemplo: pomada de óxido de mercurio amarilla. - Cremas: emulsiones de aceite en agua o agua en aceite, de consistencia semisólida no untuosa o líquida muy espesa. - Otras formas semisólidas incluyen los geles, pastas y emplastos.

Formas líquidas - Soluciones: son sustancias químicas disueltas en agua, para uso interno o externo. Si son usadas en la piel son lociones; por vía rectal enemas, por nebulizaciones inhalaciones y para el ojo colirios. Ejemplos: solución iodoiodurada (solución de lugol), solución acuosa de iodo, solución de iodo fuerte. - Aguas aromáticas: formada por agua destilada saturada en aceites esenciales y se prepara por destilación de las plantas o esencia con agua destilada. - Inyecciones: es un preparado líquido, solución, suspensión o raramente emulsión, constituido por fármacos en vehículo acuoso o aceitoso, estéril, y se emplea por vía parenteral. A veces son fármacos sólidos en polvo a las que se les agrega un vehículo (ejemplo, agua destilada esterilizada) en el momento que se va a ocupar. - Jarabes: son preparaciones acuosas viscosas que contienen un azúcar disuelto en una concentración superior al 45%. Se distinguen jarabes medicamentosos, aquellos que sirven para administrar fármacos; y no medicamentosos, que sirven como edulcorante o aglutinante en la elaboración de otras preparaciones farmacéuticas. - Emulsiones: es una forma medicamentosa líquida de aspecto lechoso o cremoso. Ejemplo: emulsión de vaselina líquida. - Suspensiones: es un preparado líquido, de aspecto turbio o lechoso, constituido por la dispersión de un sólido en un vehículo acuoso. Si es muy densa se denomina magma o leche (leche de magnesia); si las partículas son muy pequeñas y están hidratadas es un gel (gel de hidróxido de aluminio). - Colirios: preparado líquido constituido por una solución acuosa destinada a ser instilada en el ojo. Otras formas medicamentosas líquidas son: elixires, colutorios, enjuagues.

Formas gaseosas - Aparte del oxígeno y el óxido nitroso existen otras formas farmacéuticas gaseosas como los aerosoles: dispersiones finas de un líquido o sólido en un gas en forma de niebla, siendo las gotitas del líquido o partículas del sólido de -5 micrones de diámetro y se administra por inhalación. Ejemplo: inhalación de epinefrina.

1.2 Vías de administración de fármacos La vía de administración puede definirse como el sitio donde se coloca un compuesto farmacológico. Las vías dependen de las necesidades clínicas y de las circunstancias, ya que los fármacos pueden ser introducidos en el organismo en una variedad de vías. Tradicionalmente, las denominadas vías de administración se han dividido en dos clases mayores: enteral, ~194~

Capítulo 19 | Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología referida al intestino, y parenteral, que significa diferente al intestino. La vía de administración que se elige puede tener un marcado efecto sobre la velocidad y la eficiencia con las cuales actúa el fármaco. Además, los efectos adversos debidos al propio fármaco y al medio de administración están influidos por la vía.

Efecto del primer paso Los fármacos absorbidos en el intestino delgado luego de la administración oral ingresan en la circulación portal hepática por la vena porta, antes de alcanzar la circulación general. Esto es importante porque muchos de ellos son metabolizados al pasar a través del hígado mediante las enzimas hepáticas. La alteración de un fármaco por parte de las enzimas hepáticas antes de llegar a la circulación general por lo común se denomina efecto del primer paso. Los fármacos administrados en otras vías no pasan a la circulación porta para llegar al sistema circulatorio, por lo tanto evitan el efecto de primer paso (más detalles en Capítulo 20).

Vía enteral La absorción del fármaco ocurre a través de la mucosa del tubo digestivo. Incluye la vía oral, sublingual y rectal (ver Tabla 1): - Vía oral: Es la administración de un fármaco por ingestión. Constituye la vía más común para la autoadministración de medicamentos. - Vía sublingual: Se dice que los fármacos colocados en la boca, mantenidos debajo de la lengua y absorbidos a través de la mucosa a la corriente sanguínea son administrados por vía sublingual. La circulación venosa sublingual es rama de la vena cava superior, los fármacos administrados por esta vía llegan de manera directa a la circulación cardiovascular y de allí a la circulación sistémica sin pasar por el hígado. - Vía rectal: Es la administración de sustancias en forma de supositorio a través del ano en el recto, con el fin de actuar localmente o bien producir efectos sistémicos luego de la absorción, dado que el recto es una estructura muy vascularizada a través de los plexos hemorroidales superior, medio e inferior. Tabla 1. Ventajas y desventajas de las vías de administración oral y sublingual.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Vía parenteral Las principales formas de aplicación parenteral son: intravenosa, subcutánea o hipodérmica e intramuscular (ver Tabla 2): - Vía intravenosa: Es la introducción de drogas en solución de forma directa en la circulación en la luz de una vena. A menudo se utiliza la vía intravenosa cuando es esencial el rápido comienzo de la acción de los fármacos o en pacientes en quienes un fármaco resulta en especial irritante para los tejidos si se le administra por otras vías parenterales. -Vía subcutánea o hipodérmica: Es la introducción de un compuesto farmacológico debajo de la piel en el tejido subcutáneo, se realiza por lo general en la cara externa del brazo o del muslo. - Vía intramuscular: Es la introducción de un compuesto farmacológico en el tejido muscular altamente vascularizado, por lo general se aplica a nivel de los glúteos y en la región deltoidea. Tabla 2. Ventajas y desventajas de las vías de administración intravenosa, subcutánea e intra-muscular.

Otras vías de administración de fármacos - Vía intradérmica: Es la inyección de soluciones, en pequeñas cantidades, a nivel de la dermis. Se realiza mediante una aguja muy fina y es empleada para efectuar anestesia local de la piel y realizar pruebas cutáneas de alergia. - Vía intraperitoneal: Es la introducción de soluciones en la cavidad peritoneal; se realiza para efectuar el método de diálisis peritoneal. Este procedimiento se emplea en los casos de insuficiencia renal, eliminación de urea y de potasio en exceso, y en las intoxicaciones por barbitúricos y salicilatos, principalmente. - Vía intracardiaca: Es la inyección de soluciones dentro del corazón que se realiza mediante una aguja de 10 centímetros de largo en el cuarto espacio intercostal sobre el borde izquierdo del esternón. Se utiliza de manera exclusiva al administrar adrenalina para estimular un corazón detenido, caso de extrema urgencia en que la inyección intravenosa es inoperante por haber cesado la circulación. - Vía intraarterial: Es la inyección de un fármaco dentro de una arteria; este procedimiento se realiza con los agentes antineoplásicos para tratar tumores localizados. - Vía subaracnoidea o intratecal: Es la inyección de drogas en el líquido cefalorraquídeo, casi siempre por punción lumbar, para ejercer efectos locales sobre la médula espinal, meninges cerebrospinales y raíces raquídeas. A menudo se emplea la vía intratecal para efectuar la anes~196~

Capítulo 19 | Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología tesia local de las raíces, anestesia raquídea y para introducir drogas que no pasan fácilmente desde la sangre al líquido cefalorraquídeo y que deben actuar sobre las meninges. - Vía intraósea: Es la administración de soluciones en la médula ósea por punción del esternón en el adulto o de la tibia en el niño pequeño. Se utiliza cuando está indicada la vía intravenosa, pero no existen venas disponibles. - Vía inhalatoria: Alude a la administración de drogas vehiculizadas por el aire inspirado, con el fin de obtener efectos locales sobre la mucosa respiratoria o bien generales después de la absorción. - Vía tópica: Es la aplicación de fármaco a nivel de la piel y de las mucosas: conjuntiva, nasofaringe, bucofaringe, oftálmica, ótica, vagina, etc. Se utiliza para obtener efectos locales.

Además de las vías habituales deseadas, existen otras no intencionadas; por ejemplo, la absorción a través de la placenta o de la leche materna, por inyección fetal directa, a través de una puerta de entrada pulmonar, cutánea o conjuntival.

1.3 Cumplimiento terapéutico Es el grado en que la toma de la medicación, el seguimiento de una dieta o los hábitos de vida de un paciente coinciden con lo prescrito por su médico. El incumplimiento terapéutico puede deberse a diversas causas, entre ellas: a) errores de omisión, cuando el paciente no toma los medicamentos prescritos; b) errores de propósito, cuando el enfermo ha entendido erróneamente o decide por su cuenta tomar o dejar de tomar un medicamente en una situación inadecuada; c) errores de dosificación; d) errores de seguimiento de una pauta, y e) errores de mantenimiento de medicamentos o de automedicación. Todos estos factores llevan a una falta de respuesta terapéutica. El mejor o peor cumplimiento terapéutico se debe a la influencia simultánea de factores relacionados con el paciente, su entorno familiar y la relación con su médico, así como la enfermedad y su tratamiento. Debe asumirse que el incumplimiento es frecuente y que influye en la respuesta al tratamiento, por lo tanto, deben tomarse medidas para mejorar esta condición como mejorar la comunicación médico-paciente, diseñar un tratamiento apropiado para cada tipo de paciente, entregar instrucciones claras y sencillas, y supervisar el tratamiento establecido.

2. ¿Llega el fármaco bien a su sitio de acción? Esta pregunta está relacionada con la vertiente farmacocinética (ver Capítulo 20) y sólo tiene buena respuesta si se conocen las características de absorción, distribución, metabolismo y eliminación del fármaco (nemotecnia: ADME). Pero, además de conocerlas de modo general, a veces es necesario analizarlas en el enfermo particular, ya que determinados fallos terapéuticos no se deben a que el fármaco sea inadecuado, sino a que, en virtud de determinadas características del paciente o del fármaco, no se consiguen las concentraciones suficientes y durante el tiempo necesario para que pueda ejercer su acción terapéutica.

2.1 Ejemplos de alteraciones farmacocinéticas inducidas por factores fisiológicos Embarazo Dentro de los factores que modifican la absorción es de importancia la influencia de los vómitos y el reflujo gastroesofágico que suelen presentarse en el embarazo. Tiende a au~197~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología mentar el volumen de distribución y se produce un aumento del flujo sanguíneo renal y la filtración glomerular al final del primer trimestre, que lleva a un aumento en el clearence de creatinina y de los fármacos que se excretan por el riñón. Los estrógenos pueden producir colestasis que, unida a cierta retención urinaria, reduce la eliminación biliar de rifampicina. En relación al metabolismo, aumenta progresivamente en el caso de fármacos que dependen de la capacidad metabólica hepática.

Utilización de fármacos en niños La fracción libre de los fármacos en el neonato es mayor que en el adulto debido a la menor concentración de albúmina. Destaca una mayor permeabilidad de la barrera hematoencefálica en neonatos, aumentando el efecto de ansiolíticos, opioides, anestésicos generales, barbitúricos y salicilatos. En relación a la excreción, están afectados todos los fármacos con excreción renal, el riesgo es mayor en los aminoglucósidos, vancomicina y digoxina.

Utilización de fármacos en el anciano En el anciano se producen cambios fisiológicos que se acentúan con la edad y que afectan la absorción, distribución y, en particular, la eliminación de numerosos fármacos. No obstante, la relevancia clínica de los cambios farmacocinéticos debidos a la edad es menor que la de las alteraciones causadas por procesos patológicos e interacciones con otros fármacos administrados. Es importante destacar que debe vigilarse el tratamiento con fármacos que se eliminan por el riñón, debido a que la función renal disminuye con la edad.

2.2 Ejemplos de alteraciones farmacocinéticas inducidas por enfermedades Deficiencia en la eliminación renal de fármacos Cuando un fármaco se elimina principalmente a través del riñón y surgen efectos adversos cuando la concentración del fármaco se incrementa, en los pacientes con insuficiencia renal se debe modificar la dosis. Existen numerosos fármacos de este tipo, como los antibióticos vancomicina y aminoglucósidos, y como la digoxina. Cuando la eliminación renal de un fármaco disminuye, el efecto farmacológico deseado se mantiene reduciendo la dosis o prolongando el intervalo entre dosis. Los metabolitos de los fármacos que se acumulan cuando existe deficiencia de la función renal pueden ser activos o tóxicos desde el punto de vista farmacológico. Por ejemplo, si bien la meperidina, un depresor del sistema nervioso central, se metaboliza y no depende de la función renal para su eliminación, su metabolito, normeperedina, se elimina a través del riñón y se acumula cuando existe deficiencia de la función renal, llegando a producir alteraciones neurológicas.

Deficiencia de la eliminación hepática de fármacos Ninguna prueba de funcionamiento hepático permite pronosticar el efecto que tendrá una hepatopatía en la biotransformación hepática de los fármacos. Por consiguiente, aunque el metabolismo de algunos fármacos disminuye cuando la función hepática se deteriora, no existe una base cuantitativa para ajustar la dosis fuera de la evaluación de la respuesta clínica y la concentración plasmática. En las hepatopatías la biodisponibilidad oral de los fármacos aumenta, lo que se acentúa cuando se trata de fármacos que normalmente tiene una eliminación hepática alta de primer paso. En los pacientes con cirrosis, la disponibilidad oral de los fár~198~

Capítulo 19 | Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología macos con una eliminación hepática de primer paso marcada (por ejemplo, morfina, meperidina, midazolam y nifedipino) prácticamente se duplica. Algunos tratamientos para afecciones hepáticas, como la derivación portosistémica, reduce aún más esta eliminación de primer paso y origina una concentración alta del fármaco con la posibilidad de producir efectos adversos.

Insuficiencia circulatoria por insuficiencia cardiaca o shock En la insuficiencia circulatoria, la compensación neuroendocrina reduce considerablemente la circulación renal como hepática. En consecuencia, la eliminación de muchos fármacos disminuye. La repercusión es mayor en los fármacos con un índice de extracción hepática alto, como la lidocaína, cuya eliminación depende de la circulación hepática; en estas circunstancias se requiere administrar la lidocaína apenas a la mitad de la velocidad habitual para lograr la misma concentración plasmática terapéutica.

Alteraciones en la unión de los fármacos con las proteínas plasmáticas Cuando un fármaco de une firmemente a las proteínas plasmáticas, su salida del compartimiento vascular es restringida en gran parte por el fármaco libre. Por lo tanto, esta respuesta terapéutica se debe relacionar con la concentración de fármaco libre en el plasma y no con la concentración total. La hipoalbuminemia por insuficiencia renal, trastornos hepáticos u otras causas reduce el grado de unión de los fármacos acídicos y neutros; en estas circunstancias, la concentración del fármaco libre constituye una mejor guía para el tratamiento que el análisis de la concentración total. Cualquier cambio pequeño en la magnitud de la unión origina cambios importantes en la concentración del fármaco libre, de manera que los fármacos para lo que son especialmente importantes los cambios en la unión con las proteínas son aquello que tienen una unión de más de 90% a las proteínas plasmáticas (por ejemplo, la fenitoína, que sirve para orientar la dosificación en pacientes con insuficiencia renal y otros trastornos que reducen la unión a las proteínas). La depuración metabólica de estos fármacos también es función de la fracción libre del mismo. Así, la eliminación es mayor cuando hay algún trastorno que reduce la unión a proteínas. En estos casos de utilizan intervalos de administración más cortos para conservar la concentración plasmática terapéutica.

3. ¿Produce el fármaco el efecto farmacológico previsto? Hace referencia a las propiedades farmacodinámicas del fármaco (ver Capítulo 21). La respuesta adecuada a esta pregunta implica conocer bien las acciones y los efectos de los fármacos, pero ello no basta, porque existen circunstancias patológicas que alteran la respuesta a los fármacos. Por consiguiente, es preciso conocer también la fisiopatología de la enfermedad y los mecanismos por los que la propia enfermedad puede cambiar la acción del fármaco.

3.1 Ejemplos de alteraciones farmacodinámicas inducidas por factores fisiológicos Embarazo Durante el embarazo disminuye la acción de la heparina, por lo que se requieren dosis más altas. Hay mayor sensibilidad a la acción hepatotóxica de las tetraciclinas y la eritromicina, y mayor sensibilidad a la acción de la insulina. ~199~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Utilización de fármacos en niños En los niños con déficit de G6PD, la administración de diversos fármacos, incluso en pequeñas cantidades a través de la leche, puede producir alteraciones severas como una anemia hemolítica muy grave por el riesgo de hiperbilirrubinemia. En el niño de 3-10 años es más frecuente la hipertermia maligna por anestésicos generales. Hay mayor sensibilidad a la acción de parasimpaticomiméticos. Por el contrario, tienen menor sensibilidad a la acción de la adrenalina (neonato) y de la digoxina.

Utilización de fármacos en el anciano La involución funcional, unida a múltiples patologías, altera la sensibilidad del anciano a los fármacos y la respuesta compensadora a su acción. Está reducida la sensibilidad a los βbloqueantes y aumentada la sensibilidad a los anticoagulantes orales y a los efectos sobre el SNC de numerosos fármacos (antidepresivos, benzodiacepinas, levodopa, entre otros). La administración de suero fisiológico produce con mayor frecuencia sobrecarga cardiaca o renal.

Otros

Además de la influencia del embarazo y de edad ya comentadas, tanto a nivel farmacocinético como farmacodinámico, hay otros factores individuales y ambientales que condicionan de forma importante la respuesta a los fármacos (factores genéticos y étnicos, sexo, edad, ejercicio, hábitos, dieta, ritmos circadianos, agentes contaminantes).

3.2 Ejemplos de alteraciones farmacodinámicas relacionadas con enfermedades Nivel renal En los enfermos renales está aumentado el efecto de los anticoagulantes y hay mayor riesgo de hemorragia gastrointestinal por ácido acetilsalicílico y otros AINEs. Está aumentado el riesgo de hiperpotasemia por ahorradores de potasio, hay mayor riesgo de hipotensión al utilizar antihipertensivos en pacientes con depleción de volumen y de sobrecarga cardiaca por retención de sodio y agua que producen los AINEs. Hay mayor sensibilidad a la acción nefrotóxica de los fármacos. Disminuye la eficacia de algunos diuréticos que acceden con mayor dificultad a su lugar de acción.

Nivel hepático Se observa un mayor efecto de los depresores del SNC y un aumento de la sensibilidad a anticoagulantes orales por disminución de la síntesis de factores de la coagulación (lesiones hepatocelulares) o disminución de la absorción de vitamina K (obstrucción biliar). La sensibilidad a los diuréticos está reducida por su menos acceso a las células del túbulo renal. Los diuréticos perdedores de potasio y los fármacos que producen estreñimiento (anticolinérgicos, opioides y sales de aluminio) pueden desencadenar un coma hepático, los AINEs pueden desencadenar un síndrome hepatorrenal y el paracetamol produce hepatotoxicidad a dosis relativamente bajas en pacientes alcohólicos.

Nivel cardiaco Si hay hipoperfusión tisular, congestión, edemas, alteraciones electrolíticas, hipoxemia y acidosis, puede alterar también la respuesta a los fármacos. La acción arritmogénica de los digitálicos está aumentada por la cardiomegalia, el tono simpático elevado, la isquemia coro~200~

Capítulo 19 | Introducción a la Farmacología: Fisiología y Fisiopatología naria y la hipopotasemia, en particular cuando se utilizan diuréticos perdedores de potasio. En el infarto de miocardio está aumentado el riesgo de arritmias por aminofilina, levodopa, simpaticomiméticos (ver Capítulo 22) y antidepresivos (ver Capítulo 25). También está aumentado el riesgo de hemorragia por warfarina y de disminución de la contractilidad por βbloqueantes, quinidina y verapamilo. La acción diurética de los perdedores de potasio puede ser menor y la de los ahorradores de potasio mayor, por la existencia de hiperaldosteronismo.

4. ¿El efecto farmacológico se traduce en un efecto terapéutico o en un efecto tóxico? No siempre es posible responder a esta elemental pregunta, a veces porque se desconocen todavía las acciones fundamentales de algunos fármacos cuya eficacia es todavía producto del empirismo, en otras ocasiones porque se duda que un efecto farmacológico sea real, es decir, terapéuticamente relevante. El hecho de que un fármaco no ataque el proceso causal de una enfermedad no implica que debe ser minusvalorado; en innumerables circunstancias, la acción sobre un síntoma se traduce en una acción terapéutica de primera magnitud. De hecho, pocos son los fármacos que suprimen primariamente una desviación patológica.

4.1 Reacciones adversas a los medicamentos (RAM) Se entiende como reacción adversa a medicamentos al efecto indeseado que sucede tras la administración de un fármaco a dosis terapéuticas, diagnósticas o profilácticas. Todo fármaco es capaz de producir un efecto tóxico, entendiendo como tal, cualquier efecto perjudicial que el fármaco ocasiona al individuo o a la sociedad. Este hecho no debe conllevar una actitud de rechazo, pero sí una conducta vigilante y responsable. Los fármacos más frecuentemente implicados son los antibióticos y antiinflamatorios no esteroidales. Las reacciones adversas atribuibles a un fármaco pueden agruparse en dos tipos: las reacciones de tipo A, que corresponden a respuestas farmacológicas exageradas y, por lo tanto, predecibles a partir del perfil de acciones del fármaco (por ejemplo, la aparición de hemorragias en el tratamiento con anticoagulantes orales; y las reacciones de tipo B, que son efectos inesperados, diferentes de las acciones conocidas del fármaco, a este grupo pertenecen las reacciones idiosincrásicas (por ejemplo, la hepatitis aguda por halotano).

4.2 Interacciones entre fármacos Cuando dos fármacos se administran simultáneamente pueden surgir alteraciones pronunciadas en los efectos de ambos. Estas interacciones aumentan el efecto que tiene el fármaco hasta el grado de producir efectos adversos, o bien inhiben el efecto y privan al paciente del beneficio terapéutico. Siempre que surgen respuestas inesperadas a los fármacos es necesario tomar en consideración las interacciones farmacológicas. El gran número de éstas desafía la memoria, pero si se conocen sus mecanismos se tendrá una estructura conceptual para prevenirlas. Las interacciones farmacológicas pueden ser farmacocinéticas (esto es, la afluencia del fármaco hasta su sitio de acción es modificada por un segundo fármaco) o farmacodinámicas (esto es, la respuesta del blanco farmacológico es modificada por un segundo fármaco). Especial cuidado se debe tener con los ancianos y la polifarmacia producto de las múltiples patologías que afectan a este grupo etario. ~201~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Resumen El proceso terapéutico comprende la unión de diversos conceptos propios de la farmacología, como también de procesos fisiológicos y fisiopatológicos. En el presente capítulo se quiso entregar una aproximación a los principales conceptos involucrados en el proceso terapéutico, recalcando que no son los únicos factores descritos y que existe en la actualidad numerosa bibliografía disponible para complementar los contenidos aquí expuestos.

Lectura Recomendada • Flórez, J. (1997). Farmacología Humana. (3ª. Ed.). Barcelona, España: Editorial Masson S.A. • Brunton, L., Lazo, J. & Parker, K. (2006). Goodman & Gilman. Las bases farmacológicas de la Terapéutica. (11ª. Ed.). México: Editorial McGraw-Hill. • Chery, A. & Mitchell, P. (2010). Manual de Farmacología Básica y Clínica. (5ª. Ed.). México: Editorial McGraw-Hill. • Hernández, G., Moreno, A., Zaragozá, F. & Porras, A. (2010). Tratado de Medicina Farmacéutica. Madrid, España: Editorial Médica Panamericana.

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CAPITULO

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Farmacocinética

a farmacocinética es una rama fundamental que estudia el paso de las drogas a través del organismo. Cinética implica movimiento, por tanto, esta rama estudia cómo se mueven las moléculas de la droga o sus metabolitos en el organismo. “Es lo que el organismo hace sobre la droga”, incluye todas las barreras que el organismo pone a una determinada molécula farmacológica.

Su ámbito de estudio es el curso temporal de las concentraciones y cantidades de los fármacos, y de sus metabolitos en los líquidos biológicos, tejidos y excretas, así como su relación con la respuesta farmacológica, y construye modelos adecuados para interpretar estos datos. El fármaco interactúa con sus receptores (diana farmacológica, blancos de acción o target) en la biofase, para lo cual debe alcanzar un intervalo de concentraciones. -Si la concentración es muy baja, y no logra un efecto, se habla de dosis sub-terapéutica. -Si la concentración es muy alta, sobrepasando el rango terapéutico, se habla de efectos tóxicos (indeseables).

Los receptores no sólo los clásicos que interactúan con moléculas e inducen un cambio conformacional, un receptor también pueden ser moléculas como el DNA u otras como los antiácidos que tienen como diana el acido clorhídrico.

La concentración de un fármaco en su lugar de acción depende de la: -Absorción -Distribución -Metabolización -Eliminación

La droga, el fármaco o principio activo (sustancia que produce el efecto del medicamento) va a penetrar primero al compartimento plasmático dependiendo de si la administración es paradigestiva o gastrointestinal. En este último caso, el fármaco llega a la porción digestiva, de ahí es absorbido y pasa a la circulación portal a través de la vena porta para posteriormente llegar al hígado donde será metabolizado (fenómeno llamado primer paso hepático) y desde aquí se distribuirá al resto de los tejidos. Por lo tanto, sólo una fracción del fármaco va a alcanzar el plasma. ~203~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología En el compartimento plasmático tenemos que “D” o droga, en donde una fracción se va a unir a proteínas plasmáticas, otra va a penetrar a los tejidos activos, una tercera parte se irá a los tejidos inactivos, otra fracción va a ir directamente a sufrir procesos metabólicos y una última puede ser eliminado directamente como tal. Después, producto de la fracción del fármaco que va al metabolismo se van a generar metabolitos los cuales pueden volver al compartimento plasmático y a partir de aquí pueden irse a la vía de excreción (todo ésto depende de las características químicas de todas estas moléculas).

Si hablamos del curso temporal de un fármaco en el organismo (figura 1), encontramos que en el tiempo 0 hallamos la administración por vía oral Figura 1. Curso temporal de la cantidad de de un fármaco que en el tracto gastrointestinal fármaco en el lugar de absorción, de éste y su comienza a ser absorbido y a aparecer en el metabolito en el organismo y en la vía de explasma. Esta cinética de absorción llega a un creción tras la administración de una dosis punto máximo donde tenemos la mayor concenporvía extravascular. tración del fármaco en el plasma después de cierto tiempo de haber sido administrado. Estos tiempos son variables y van a depender del fármaco. Luego de lo anterior, esta curva comienza a decaer porque el fármaco se empieza a distribuir hacia los diferentes compartimentos, y paralelamente se comienza a metabolizar, eliminar o excretar.

La curva del fármaco excretado: Desde el compartimento plasmático, la droga se distribuye a otros compartimentos del cuerpo, se metaboliza y excreta; si mediésemos la concentración del fármaco o sus metabolitos en la orina veríamos curvas de este tipo.

La curva de metabolito en el cuerpo, guarda relación con la metabolización del fármaco en el cuerpo.

Algunos conceptos relacionados (figura 2)

-Concentración mínima eficaz (CME) es aquella por encima de la cual se observa el efecto terapéutico. -Concentración mínima tóxica (CMT) concentración sobre la cual suelen observarse efectos tóxicos. -Índice terapéutico es el cociente entre CMT y CME (evalúa la razón riesgo/beneficio). -Período de latencia (PL) es el tiempo que transcurre desde la administración hasta el inicio del efecto (hasta que la concentración plasmática alcanza la CME). .La intensidad del efecto depende (para muchos fármacos) de la concentración máxima que se alcance. ~204~

Capítulo 20 | Farmacocinética -Duración de la acción, también se conoce como tiempo eficaz (TE) y corresponde al tiempo transcurrido entre que se alcanza la CME y el momento en que desciende por debajo de ésta.

La figura 2 ilustra una curva de concentración versus tiempo. Observamos el periodo de latencia (PL), tiempo desde que el fármaco es administrado hasta que alcanza CME (concentración mínima eficaz).

Al administrar fármacos, debemos tener en cuenta que cuando la concentración es máxima, siempre debe estar bajo la CMT. Ahora bien, si el rango entre CME y CMT es muy corto, estaremos hablando de un fármaco con alto riesgo porque cualquier problema hepático o renal que tenga el paciente puede alterar esa concentración y acercarla más a CMT haciendo que el paciente comience a mostrar problemas por efectos adversos. Es Figura 2. Curso temporal de la concenpor ésto, que debemos procurar que exista un equilibrio tración plasmática de un fármaco y su entre estas dos variables. re-lación con los efectos.

Tenemos también a IE que corresponde a la intensidad del efecto, y a TE (tiempo que dura el efecto), que va desde que se alcanza la CME hasta cuando desciende bajo de ella. AUC (área bajo la cuerva) representa la concentración total del fármaco en el compartimento.

Factores que inciden en la variabilidad individual -Factores fisiológicos: patrón genético, edad, hábitos alimenticios, ingesta de alcohol, hábito de fumar, embarazo. -Factores patológicos: función renal, hepática o cardiaca. -Interacciones con otros fármacos que alteren la respuesta.

Farmacocinética clínica Su objetivo es alcanzar y mantener la concentración plasmática necesaria para conseguir el efecto terapéutico sin llegar a producir efectos tóxicos. Este concepto depende de la observación del clínico por el paciente y su evolución frente a un tratamiento.

Mecanismos de transporte que inciden en los procesos farmacocinéticos Moléculas pequeñas: -Difusión pasiva (lipofílicas): La velocidad depende de la Ley de Fick (ley de difusión). A mayor gradiente de concentración, menor tamaño de la molécula, mayor liposolubilidad, y mayor velocidad. La mayoría de los fármacos son electrolitos débiles. Su nivel de ionización depende de su pKa y siguen la fórmula de Henderson-Hasselbach: Cuando la membrana separa los medios de diferente pH, el fármaco se acumulará en el lado ~205~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología donde se produzca su mayor nivel de ionización. Sin embargo nunca se produce un equilibrio debido a la continua absorción. Además, existen diversos factores que inciden en la velocidad de difusión como son: el tamaño, la liposolubilidad y el grado de ionización (mientras más carga tenga la molécula, es más difícil que atraviese la membrana).

-Transporte activo: Funciona contra el gradiente electroquímico y requiere ATP. Es saturable, susceptible de inhibición competitiva y puede ser inhibido por mecanismos o substancias que interfieran con la producción de energía. Ej: En el túbulo proximal renal, tubo digestivo, tracto biliar, paso de LCR a la sangre, paso de sangre a la saliva.

Moléculas grandes: -Pinocitosis -Exocitosis

Otros mecanismos de transporte -Filtración: Paso de sustancias a través de hendiduras intercelulares. -Difusión facilitada: Entrada o salida de sustancias a favor de un gradiente de concentración a través de proteínas transportadoras. Susceptible de saturación e inhibición competitiva. -Exocitosis y endocitosis: Transporte de macromoléculas. -Ionóforos: Son moléculas pequeñas sintetizadas por microorganismos que aumentan la permeabilidad de la bicapa lipídica de la membrana. -Liposomas: Su uso es para favorecer el acceso de fármaco a las células. Son estructuras sintéticas que forman bicapas.

Absorción

Paso del fármaco desde el sitio de su administración hacia la circulación sistémica, depende de la vía por la que se administre el fármaco.

Comprende las etapas de: -Liberación del fármaco de su forma farmacéutica. -Su disolución. -La entrada al organismo desde el lugar de administración. -Los mecanismos de transporte. -La velocidad. -La cantidad de fármaco que accede a la circulación sistémica. Depende de: -Las características fisicoquímicas del fármaco. -Características de la preparación farmacéutica -Propiedades del lugar de absorción -La eliminación presistémica y fenómeno “primer paso”

Primer paso hepático: Se refiere a la metabolización hepática que se produce del fármaco absorbido en el tracto gastrointestinal y que llega al hígado por la vena porta antes de entrar ~206~

Capítulo 20 | Farmacocinética en la circulación sistémica., si administramos una sustancia por vía parenteral, este fenómeno no ocurrirá.

Vías de administración -Vías enterales: oral, sublingual, rectal. Es la más antigua de las vías utilizadas, más segura, económica y frecuentemente la más conveniente. En ella la absorción se realiza a través de la mucosa de todo el tubo digestivo: oral, gástrica e intestinal (tanto intestino delgado como intestino grueso). -Vías parenterales: intravenosa, intraarterial, intramuscular, subcutánea. Tiene la ventaja fundamental de que aporta el fármaco directamente a la circulación sistémica, pero es menos segura. -Otras vías: dérmica, nasal, epidural, intratecal, intraventricular, inhalatoria, conjuntival, uretral, vesical, vaginal, intraperitoneal. Cinética de absorción Cuantifica la entrada del fármaco en la circulación sistémica. Contempla los estudios de la velocidad de absorción, la cantidad absorbida y los factores que la alteran.

-Velocidad de absorción: Número de moléculas de un fármaco que se absorbe por unidad de tiempo. Depende de la constante de absorción Figura 3. Cinética de absorción de orden 0 (línea discontinua) (Ka) y del número de moléculas que y 1 (línea continua) en representación numérica (izquierda) y se encuentren en solución en el semilogarítmica (derecha). lugar de absorción. -Semivida de absorción (t1/2a): Tiempo que tarda en reducirse a la mitad el número de moléculas que quedan por absorberse.

La absorción puede ser de orden 0 u 1 (figura 3). Las de orden 0 son cinéticas de absorción que siguen un comportamiento lineal, no saturable. Las de orden 1 siguen un comportamiento no lineal y por lo tanto saturables, con dos componentes, uno de absorción rápida y otro de absorción más lenta que está indicando saturación de algún transportador. La tipo 1 es más común porque los fármacos se encuentran en el sitio de absorción con carga, con un cierto grado de ionización, por lo que van a ser moléculas que no podrán difundir libremente a través de un gradiente de concentración, sino a través de un trasportador, el cual es saturable, por lo que este tipo de cinética de absorción son de orden uno.

Cantidad absorbida Es igual a la administrada cuando el fármaco se administra por vía intravascular ya que siempre un fármaco tiene que alcanzar la circulación sistémica y corresponde al área bajo la curva (AUC) de las concentraciones plasmáticas. ~207~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Otras vías: la cantidad absorbida es menor a la administrada debido a la preparación farmacéutica y a la eliminación presistémica. Como por ejemplo, el primer paso hepático.

Fracción de absorción disponible (f) Es la fracción de la dosis administrada que llega a la circulación sistémica en una forma inalterada. Se obtiene dividiendo el área bajo al curva obtenida tras la administración extravascular (AUCev) por la obtenida por vía intravenosa (AUCiv), teniendo en cuenta la dosis administrada (D) por cada vía y el aclaramiento (Cl) (eliminación del fármacos y sus metabolitos, generalmente vía renal) del individuo.

Estos son parámetros experimentales, y se calcula para cada fármaco. Se puede hacer una estimación en un modelo animal o directamente en humanos.

Biodisponibilidad La biodisponibilidad de un fármaco indica la velocidad y la cantidad de la forma inalterada de un fármaco que accede a la circulación sistémica y, por lo tanto, está disponible para acceder a los tejidos y producir un efecto. El compartimiento en donde está la diana farmacológica es la biofase. Este proceso no depende sólo de la absorción, sino también de la distribución y eliminación. En la figura 4, se observa la influencia de las variaciones de la biodisponibilidad de Figura 4. Influencia de las variaciones en la biodisponibilidad de un fármaco sobre la los fármacos sobre la intensidad y la duraintensidad y la duración de sus efectos. ción de sus efectos. Por ejemplo, la cantidad absorbida de los fármacos A, B y C es completa, puesto que si calculásemos las áreas bajo la curva éstas serían iguales. Lo que cambia, es la velocidad de absorción, influyendo en el comienzo, intensidad y duración del efecto. Por ejemplo, la curva C ilustra una cantidad determinada de fármaco absorbida, pero con una velocidad de absorción bastante lenta que además comienza rápidamente a disminuir sin haber alcanzado el umbral de concentración mínima eficaz (CME). Por lo tanto, en C, a pesar de que el individuo logró absorber y tener en circulación la misma cantidad de fármaco que A, esa absorción no fue eficaz desde el punto de vista terapéutico. La biodisponibilidad de C en este caso fue mala. También podemos observar que en D es igual a la de A, pero la absorción es incompleta, lo que podemos ratificar calculando el área bajo la curva, obteniéndose una superficie menor pero con una respuesta rápida, poco intensa y fugaz. En este caso, si bien hay un efecto terapéutico ya que la curva supera el umbral de la concentración mínima eficaz, la respuesta terapéutica es de muy corta duración.

Factores que alteran la absorción -Factores fisiológicos: Recién nacidos, embarazo, ancianos, ingesta de alimentos (existen fármacos que deben ser administrados juntos con los alimentos y otros que al contrario deben ~208~

Capítulo 20 | Farmacocinética evitar ser ingeridos juntos a éstos pues alteran la absorción). -Factores patológicos: La absorción oral puede alterarse cuando hay vómitos, diarrea, enfermedades digestivas. Se ve alterada la absorción intramuscular por insuficiencia cardiaca, ya que no hay una eficaz irrigación vascular hacia los tejidos. -Factores yatrógenos: Son factores externos no bien determinados que pueden afectar la absorción. Por ejemplo, los xenobióticos, moléculas de origen externo que llegan al organismo por vía oral generalmente, los cuales no tienen una función nutricional y tampoco son fármacos. Otro ejemplo son los colorantes.

Distribución

La distribución de los fármacos permite su acceso a los órganos en los que debe actuar y a los órganos que lo van a eliminar y condiciona las concentraciones que alcanzan en cada tejido. Las moléculas de un fármaco son transportadas en la sangre disueltas en el plasma, fijadas a proteínas plasmáticas o unidas a células sanguíneas.De todas estas posibilidades, la fijación a albúmina, la cual es una proteína plasmática que cumple muchas funciones en el transporte de moléculas en la circulación y también es la proteína más importante en el transporte de fármacos en la circulación y la más frecuente. La alfa-glucoproteína es otra proteína importante para la unión, además de las lipoproteínas.Va a depender de la naturaleza química del fármaco la preferencia de unión de cada una de estas proteínas plasmáticas.

Distribución en los tejidos: Una vez unido a una proteína plasmática o libre, comienza la distribución de la sustancia a los distintos compartimentos del organismo.

Distribución regional: -Fármacos liposolubles: acceso fácil a órganos bien irrigados (cerebro, corazón, hígado, riñones). -Fármacos menos liposolubles: acceso fácil a tejidos cuyos capilares son ricos en hendiduras intercelulares (sinusoides hepáticos).

La mayoría de los fármacos tienen la capacidad de fijarse a determinados tejidos en los que alcanzan concentraciones más altas que en el resto del organismo. El ejemplo más claro son los fármacos liposolubles, ya que hay preferencia por la compatibilización del fármaco en determinados tejidos, en este caso donde hay más lípidos, por ejemplo el cerebro y el tejido adiposo. La mayoría de los fármacos que van dirigidos al SNC son altamente liposolubles, ya que tienen que atravesar la barrera hematoencefálica. Un ejemplo, son las benzodiacepinas, drogas ansiolíticas que ejercen sus acciones por la estimulación de los receptores GABA. Su eliminación es muy lenta debido a que son lipofílicas y por lo tanto tienden a acumularse como tales o como metabolitos producto de su degradación en el tejido adiposo. Por ello su eliminación es más bien lenta. La acumulación del fármaco interfiere en la absorción de éste, por eso, es relevante que las dosis sean previamente calculadas y se realice un ajuste de las dosis que deben ser administrados tomando en cuenta aquellos fármacos que tienen un perfil de distribución más difuso y no tan compartimentalizado. ~209~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Distribución a áreas especiales: Se tiene que tener en cuenta la formulación del medicamento, el tipo de molécula para alcanzar áreas especiales donde tiene que ocurrir la interacción entre el fármaco y la diana farmacológica. Hay áreas especiales donde hay que tener en cuenta otros fenómenos que van a depender de cómo es trasportada la molécula (si es por trasporte activo o pasivo). -SNC: Moléculas que atraviesen la barrera hematoencefálica -Ojo -Circulación fetal -Acceso a secreciones exocrinas (lágrimas, saliva, leche o líquido prostático)

Barrera hematoencefálica (BHE): Formada por un conjunto de estructuras que limitan el paso de sustancias hidrófilas desde los capilares hasta el SNC. Las células endoteliales de los capilares están íntimamente adosadas sin dejar espacios intercelulares debido a la presencia de zona ocludens (especialización de los contactos celulares). Además, hay una membrana basal que forma un revestimiento continuo alrededor del endotelio. Las prolongaciones de los astrocitos (celulas gliales) también revisten la superficie capilar. Los fármacos sólo atraviesan la BHE por difusión pasiva. En algunos casos excepcionales puede haber transporte activo (ej. glucosa). Las estructuras del encéfalo se encuentras aisladas por esta barrera. La razón principal es que ésto debe ser protegido de agresiones externas como infecciones, agentes patógenos, etc. También hay un fenómeno donde se puede aprovechar cierto tipo de características de las células endoteliales para generar in-situ el fármaco activo. Un ejemplo, es en la enfermedad de Parkinson, donde lo que administramos es L-dopa, la cual aprovecha un paso de metabolización que ocurre en las celulas endoteliales para convertirlas en dopamina. Éste es un ejemplo de pro-fármaco. Algunos núcleos cerebrales carecen de BHE, por lo tanto se favorece el ingreso de fármacos en esos puntos. Ej: eminencia media, área postrema, órgano subfornical, glándula pineal, órgano subcomisural. Existen algunas condiciones patológicas que alteran la permeabilidad de la BHE: isquemia, anoxia, traumatismos, neoplasias, infecciones, enfermedades autoinmunes, hipertensión intracraneal.

Barrera placentaria:Separa a la madre y el feto. Para atravesarla, los fármacos y sus metabolitos tienen que salir de los capilares maternos, atravesar una capa de células trofoblásticas y mesenquimáticas y entrar en los capilares fetales. Los fármacos traspasan por difusión pasiva. Este traspaso es de madre a hijo. La placenta tiene enzimas que pueden metabolizar los fármacos. Pueden inactivarlos o producir una conversión a la forma activa del fármaco por enzimas presentes en la placenta.

Compartimentos farmacocinéticos -Compartimento central: incluye agua plasmática, intersticial e intracelular de los órganos bien irrigados y SNC si el fármaco atraviesa la BHE. -Compartimento periférico superficial: agua intracelular poco accesible de los órganos poco irrigados (piel, grasa, músculo o médula ósea. -Compartimento periférico profundo: depósitos tisulares a los que el fármaco se une fuertemente y de los cuales se libera con lentitud. ~210~

Capítulo 20 | Farmacocinética En la figura 5 observamos los tres modelos compartimentales. El primero es uno monocompartimental, que correspondería a A antes de la administración del fármaco y a B después de la administración del fármaco. Al administrar el fármaco, éste se distribuye uniformemente, lo que nos indica que estamos hablando de un modelo monocompartimental donde la distribución del fármaco es rápida y uniforme. En el medio tenemos un modelo bicompartimental, antes de la administración del fármaco, inmediatamente después y más tarde. Inmediatamente después de la administración del fármaco, éste difunde a los órganos bien irrigados (corazón, pulmón, cerebro, riñón) y luego se equilibra con el resto del organismo. Es el más común. Por último, el tricompartimental. Luego de los procesos que ocurren en el compartimento anterior, D se acumula en los órganos en donde el fármaco se fija fuertemente, es decir, en el compartimento profundo, del cual se libera con lentitud. Como fue revisado, entre los factores que alteran la unión a proteínas plasmáticas, están, por ejemplo la albúmina, la cual disminuye la unión de fármacos a todos esos factores, por lo que se afecta la distribución de los fármacos como en cualquier enfermedad hepática, porque la albumina es una proteína que se sintetiza en el hígado, desde donde sale a la circulación que finalmente es una alteración en los niveles de las proteínas plasmáticas que transportan fármacos. Figura 5. Compartimentos funcionales:

Metabolización

Monocompartimental, Bicompartimental y Tricompartimental.

Conversión química o transformación de fármacos o sustancias endógenas en compuestos más fáciles de eliminar. En términos de metabolismo estas modificaciones pueden producir metabolitos activos, metabolitos inactivos, productos metabólicos con menor, mayor o distinta actividad. El metabolismo de los fármacos busca convertirlos en compuestos más hidrofílicos para favorecer la eliminación y la terminación de su actividad biológica. Excepto en las prodrogas, aquí el metabolismo lo que hace es activar al profármaco a una forma activa. En algunos casos, producto del metabolismo, se pueden generar metabolitos con potente actividad biológica o con propiedades tóxicas. Tenemos dos fases en el metabolismo según las reacciones que ocurren. Las de fase I o funcionalización, que introducen o exponen un grupo funcional del fármaco original. En las de fase II están las de biosíntesis o conjugación en donde se forma un enlace covalente entre fármaco y molécula endógena. Algunas moléculas que participan en las reacciones de conjugación según la enzima y el sustrato que este catalizando son: Ácido glucorónico, sulfato, glutatión, aminoácidos, acetato. -Las reacciones del metabolismo de fase I y II son catalizadas por enzimas, generalmente hepáticas. Entonces, en pacientes con insuficiencia hepática vamos a tener problemas con la me~211~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología tabolización. -También puede ocurrir la metabolización en los riñones, las vías gastrointestinales y los pulmones que son órganos donde igualmente se produce biotransformación de los fármacos. ¿Qué enzimas participan en este proceso? Son cientos de enzimas, una de las más importantes son las enzimas del sistema citocromo 450, que participan en reacciones de tipo oxidativo. En la fase I participan las enzimas del sistema P450 e hidrolíticas. Las reacciones de fase II que son las de conjugación y aquí las enzimas que participan son las transferasas (glucuronosiltransferasas, sulfotransferasas, acetiltransferasas). Reciben el nombre de la molécula endógena que está siendo conjugada por el metabolito del fármaco.

El sistema CYP (citocromo P450): Este sistema posee aproximadamente 1000 miembros conocidos, de los cuales unos 50 tienen actividad funcional en los seres humanos. Este subgrupo se divide en 17 familias y en muchas subfamilias. Se identifican con la sigla CYP. En humanos, en la mayoría de las reacciones del metabolismo de los fármacos participan 810 isoformas de las familias CYP1, CYP2 y CYP3. Es un sistema enzimático bastante complejo, porque no solamente hay distintos miembros de distintas enzimas, sino que cada enzima tiene varias isoformas, entonces eso hace que toda la clasificación sea aun más compleja.

Factores que modifican el metabolismo de fármacos -Variabilidad genética (polimorfismos): Muchas de estas enzimas, producto de variabilidad genética interindividual y por ejemplo dependiendo de la etnia, van a presentar distintos polimorfismos y cada uno de ellos estará asociado a la eficacia de la enzima. Pueden haber por ejemplo, factores ambientales, enfermedades con repercusiones metabólicas, que alteren todo el metabolismo, además de la edad y sexo del paciente. Tenemos también pacientes en terapia con algún tipo de fármaco por un tiempo prolongado que obviamente tendrán alterados algunos procesos, lo que a su vez puede afectar la metabolización de otros fármacos que se administran de forma puntual cuando hay una terapia farmacológica de base. (véase capítulo de Farmacogenética). -Determinantes ambientales -Enfermedades con repercusiones metabólicas -Edad y sexo

Eliminación La concentración activa del fármaco disminuye por la metabolización y excreción.

Sistema de excreción según su importancia: Vía urinaria > vía biliar-entérica > sudor > saliva > leche > epitelios descamados (en menor cantidad)

-Vía urinaria: la cantidad final de un fármaco que se excreta por la orina es la resultante de la filtración glomerular y de la secreción tubular, menos la reabsorción tubular. -Excreción biliar e intestinal: circulación enterohepática. Está muy relacionada con los procesos de biotransformación. Se produce principalmente por secreción activa con diferentes sistemas de transporte para sustancias ácidas, básicas y neutras. Se eliminan principalmente por la bilis: Sustancias con elevado peso molecular, sustancias con grupos polares, compuestos ~212~

Capítulo 20 | Farmacocinética no ionizables, algunos compuestos organometálicos Excreción intestinal: Los fármacos pueden pasar directamente de la sangre a la luz intestinal, por difusión pasiva, en partes distales en que el gradiente de concentración y la diferencia de pH lo favorezcan. Circulación enterohepática: Los fármacos eliminados a la luz intestinal en forma activa a través de la bilis o del epitelio intestinal pueden reabsorberse pasivamente en el intestino a favor de un gradiente de concentración. Además de la reabsorción renal, puede haber otra a nivel del intestino, siempre y cuando el gradiente de concentración esté siendo favorable. Este fenómeno prolonga la duración del efecto. -Sudor: El sudor se compone de una mezcla del 98% de agua con cloruro de sodio, urea, amoníaco, ácidos grasos y ácido láctico. El promedio de excreción sudoral de un adulto es de medio litro por día, aunque, en ciertas condiciones, puede llegar a 10 litros diarios. -Excreción a la saliva: Poco importante desde el punto de vista cuantitativo. Además la mayor parte del fármaco excretado por la saliva pasa al tubo digestivo donde es reabsorbido. -Excreción a la leche: Los fármacos pasan a la leche por difusión pasiva en forma proporcional a su liposolubilidad e indirectamente proporcional según su grado de ionización y unión a proteínas plasmáticas.

Aclaramiento (clearence) El aclaramiento (Cl) de un fármaco por un órgano indica la capacidad de ese órgano para eliminarlo. Se expresa mediante el número de mililitros de plasma que el órgano aclara (es decir, los que elimina totalmente el fármaco) por unidad de tiempo. Donde mejor se puede observar este fenómeno de aclaramiento es en los riñones, cuánto se aclara del fármaco en el riñón.

Factores que alteran la eliminación de fármacos: -Fisiológicos: Por ejemplo la edad (ancianos con insuficiencia renal). -Patológicos: La insuficiencia renal da lugar a una acumulación de fármacos y por tanto a una toxicidad. -Yatrógenos: Fármacos pueden alterar la excreción renal de otros fármacos porque se produzca una variación del pH o porque compita por los sistemas de transporte activo para la reabsorción y secreción.

Lecturas recomendadas Florez, J. 2006. Farmacología Humana. 2ª Edición. Editorial Masson. Segunda Edición. Barcelona, España. Capítulos 4 y 5. Hardman, J. et al. 2007. Goodman & Gilman. Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica. Editorial McGraw-Hill. 11° Edición. México. Capítulo 1.

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21

CAPITULO

L

Farmacodinamia

a farmacodinamia es el área de la farmacología que estudia los mecanismos de acción de los fármacos. Cuando hablamos de mecanismos de acción necesariamente tenemos que hablar de los blancos de acción o las dianas farmacológicas. Los blancos de acción son en farmacología los receptores de los fármacos.

Receptores de Fármacos Un receptor de la molécula del fármaco es cualquier componente macromolecular funcional del organismo con el cual interactúa el fármaco modificando la velocidad con que ocurren las funciones corporales o bien regulando funciones fisiológicas intrínsecas. Aunque en su mayoría los receptores son proteínas que tienen acoplada una vía de transducción de señales o un canal iónico, hay otros que pueden ser enzimas e incluso ácidos nucleicos: -Proteínas: Entre éstos encontramos los receptores de hormonas, de factores de crecimiento, de neurotransmisores, enzimas de vías metabólicas, proteínas transportadoras de membrana, proteínas estructurales. -Otras macromoléculas: Por ejemplo ácidos nucleicos. Muchas drogas antineoplásicas funcionan interaccionando con ácidos nucleicos.

Algunos conceptos importantes en Farmacodinámica: -Afinidad: Capacidad de un fármaco de interactuar con un receptor específico y formar enlaces. -La eficacia o actividad intrínseca es la capacidad para producir la acción fisiofarmacológica después de la unión o fijación del fármaco.

Términos que hacen referencia al tipo de fármacos según la función que ejercen: -Agonista: Fármaco que se liga a un receptor fisiológico e imita el efecto del ligando endógeno. Hay muchos tipos de agonistas: pueden haber agonistas totales, agonistas parciales o agonistas inversos. Los agonistas inversos imitan al ligando en cuanto a su sitio de unión con el receptor, pero induce una respuesta contraria a lo que éste ejerce. -Antagonista: Sustancia que se une a un receptor fisiológico bloqueando la acción del ligando endógeno, o sea, impiden que el ligando endógeno se una al sitio de unión. Pueden ser competitivos, no competitivos y alostéricos. La interacción entre fármaco y receptor se produce través de segundos mensajeros, que pueden ser regulados. La unión del fármaco al receptor es la que regula la cascada de transducción de ~215~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología señales, si la unión es fuerte y ocurre de forma prolongada la producción de segundos mensajeros será mayor y viceversa, he ahí la importancia de la interacción fármaco-receptor.

Tipos de interacción (en términos químicos) entre agonista/antagonista y receptor: -Reversible: interacciones débiles: puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, interacciones hidrófobas, fuerzas de van der Waals. La mayoría de los fármacos presentan este tipo de unión con sus dianas farmacológicas. -Irreversible: uniones covalentes y no covalentes de alta afinidad. La única manera de terminar con la unión fármaco-receptor es mediante la síntesis de nuevas moléculas del receptor, porque el receptor que unido seguirá en este estado hasta completar su ciclo de vida.

Relaciones entre estructura y función del agente farmacológico y “diseño” de fármacos: Cuando estamos hablando del mecanismo de acción de los fármacos hablamos de cómo el fármaco se relaciona con su diana farmacológica, con su receptor, y hay 2 tipos de aproximaciones en las cuales se obtiene un fármaco para que este interactúe con su receptor: -Diseño dirigido del fármaco: Método moderno, ayudado por biología molecular y herramientas de modelamiento. Previo a ésto, es preciso conocer el mecanismo fisiológico que alterado en la patología. -Screening o monitoreo de bibliotecas farmacológicas: Recolección de una gran cantidad de datos de moléculas químicas que pueden ser semisintéticas, naturales o sintéticas, las cuales son probadas de manera sistemática y secuencial en ensayos con células, tejidos, animales, etc. para constatar que tienen algún efecto farmacológico y cuál es el blanco o sitio de acción de determinadas moléculas. Este método es el que más se utiliza hoy en día.

Selectividad de la acción del fármaco: El fármaco ideal es una molécula química que debe ser lo más selectiva posible con respecto al blanco de acción con el cual desea interactuar. Lo anterior se relaciona con que al mejorar la especificidad del fármaco, se evitan muchos problemas de reacciones adversas o efectos secundarios. Sin embargo, hay visiones opuestas en cuanto esto que dicen que el efecto de un fármaco es el resultado de una acción pseudoespecífica, es decir, si bien es cierto, tiene una especificidad con su blanco de acción, también pueden interactuar con otras moléculas. Por lo tanto, la suma de todos estos efectos sería el generador del efecto terapéutico.

Receptores Poseen un dominio de unión con el ligando y otro efector (receptor clásico). En la figura 1 se ilustran dos tipos de situaciones. Tenemos un agonista inverso, es decir, que aquí el efecto final es hacia la inactivación del receptor, y un agonista clásico, en el cual el efecto va hacia la activación del receptor. Por otro parte, los antagonistas actúan uniéndose al sitio del ligando inhibiendo así la actividad del ligando endógeno al ~216~

Figura

1:

Unión

antagonista del receptor0

agonistas

y

Capítulo 21 |Farmacodinamia mantener la situación en un status quo, donde no existe activación ni inactivación. Esta situación de estado estacionario o situación basal, es el reflejo de que un x% de receptores están funcionando, mientras que otro porcentaje está inactivo. El resultado basal es la suma de ambos. ¿Cómo logra el antagonista esta situación? Lo logra debido a que se une con la Figura 2: Regulación de la actividad de un receptor con fármacos misma afinidad a los receptores activos e inactivos, dejándolos en el estado antes con selectividad configurativa. mencionado. Por otra parte, el agonista total desplaza todos los receptores hacia el estado de activación (figura 2); el parcial sólo una fracción y el inverso hace lo contrario al agonista total, desplazando los recepto res activos hacia el estado de inactivación, por lo tanto la respuesta en relación a la actividad basal disminuye (la actividad basal es menor).

Normalmente hay 4 tipos de moléculas que actúan como receptores de fármacos: -Receptores de transmembrana de paso único que tienen actividad enzimática acoplada. -Receptores de membrana (canales iónicos). -Receptores de membrana metabotrópicos (es decir, actúan por medio de transducción de señales), generalmente acoplados a proteína G. -Receptores intracelulares, receptores de hormonas esteroidales, colesterol, etc.

Regulación de receptores En el proceso de interacción entre el fármaco y el receptor, están interfiriendo también mecanismos intrínsecos de regulación del receptor, que tienen que ver con: -Síntesis y degradación del receptor -Modificación covalente del receptor, que lo puede activar o inactivar. -Unión a proteínas reguladoras que potencian o suprimen su acción. -Cambio de lugar dentro de la célula: Este procesos es reconocido cuando existe una sobreactivación de un receptor. Por ejemplo, si es un receptor de membrana, éste es endocitado e internalizado, disminuyendo así el número de receptores disponibles en la membrana celular para interactuar con los ligandos endógenos o con fármacos exógenos. Todos estos procesos los podemos considerar como procesos endógenos de regulación de receptores. En farmacología es conocido un fenómeno que ocurre cuando tenemos una estimulación ininterrumpida de la célula por un agonista. Esta estimulación constante genera un proceso llamado desensibilización, el cual es de vital importancia en situaciones terapéuticas. Este proceso es el que ocurre cuando por ejemplo, decimos que un fármaco que antes nos aliviaba ya no lo hace. Ejemplo la ergotamina, principio activo del migranol, es un clásico ejemplo de efectos de rebote y desensibilización. Y, ¿cómo podemos manejar los fenómenos de desensibilización?. Con medidas como regular los tiempos de administración, es decir, que la ingesta no sea crónica, y que exista un período de descanso para revertir la situación de desensibilización para volver al estado basal en donde la molécula tenga un efecto, o bien, se ~217~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología pueden manejar cambiando el fármaco definitivamente. Desde el punto de vista de la desensibilización podemos encontrar 2 tipos de mecanismos: Desensibilización homóloga y desensibilización heteróloga (figura 3).

A) Desensibilización homóloga: El mecanismo de retroalimentación está ocurriendo sobre la propia molécula del receptor, por ejemplo, un receptor que está recibiendo dosis continua y repetida de agonista, se comienza a desensibilizar lo que se evidencia en por ejemplo la disminución de la cantidad de moléculas de superficie Figura 3. Tipos de desensibilización. del receptor de la membrana celular. Esto ocurre por ejemplo al aplicar un agonista A sobre un receptor A, en donde luego de un tiempo la respuesta ya no será la misma que en un comienzo. Sin embargo, al utilizar otra molécula B sobre un receptor B, el efecto será el mismo que se obtuvo en un principio con A. Es decir, puedo recuperar el efecto con otro fármaco que actúe sobre un receptor distinto gatillando el mismo efecto, puesto que B debe actuar sobre un dominio distinto al sitio de unión de A. B) Desensibilización heteróloga: El fenómeno que se observa es inhibición o pérdida de una o más proteínas de la vía de transducción. Supongamos que tenemos un fármaco A sobre un agonista A, si seguimos aplicando el estímulo podemos observar una desensibilización que concluiría al aplicar ahora un fármaco B actuaría sobre un receptor análogo que busca emular el mismo efecto que el receptor. Si no volvemos a obtener la respuesta al 100% inicial, nos indicaría que el problema se encuentra en la vía de transducción de señales y que ambos fármacos están compartiendo una vía de señalización. Es por ésto que debemos recalcar que los fenómenos farmacológicos no dependen solamente de la interacción entre el fármaco y el receptor, sino también de las vías de transducción que están acopladas al receptor. Es necesario tener en cuenta entonces, tanto al receptor como al sistema acoplado a él.

Disfunción de receptores: Puede ocurrir a nivel de: -El receptor -El sistema efector

Y puede culminar en: -Supersensibilidad a fármacos (upregulation) -Subsensibilidad a fármacos (downregulation) o desensibilización.

Clasificación de los receptores y efectos de los fármacos:Los receptores se han clasificado de acuerdo a los efectos y potencia de sus agonistas y antagonistas selectivos. Por ejemplo, los efectos de la acetilcolina son imitados por el alcaloide de origen vegetal lla~218~

Capítulo 21 |Farmacodinamia mado muscarina y antagonizados por la atropina, también de origen natural. Por lo tanto son llamados receptores muscarínicos (receptores de ACh de tipo metabotrópicos, reciben el nombre del agonista farmacológico). Los efectos de la acetilcolina también son imitados por la nicotina. Esos receptores son llamados nicotínicos. (Recibe el nombre del agonista farmacológico). Ambos responden al mismo ligando endógeno que es la ACh con efectos distintos dependiendo del tejido donde se exprese el receptor.

Efectos de los fármacos no mediados por receptores: Ejemplos: -Neutralización terapéutica del ácido gástrico por medio de un antiácido alcalino. -Incremento terapéutico de la osmolaridad de líquidos corporales mediante manitol para inducir cambios adecuados en la disFigura 4. Concentración del fármaco versus efecto. tribución de agua en el cuerpo. -Fármacos que son análogos estructurales de biomoléculas como los análogos de purinas y pirimidinas que se incorporan a los ácidos nucleicos como quimioterapéuticos anticancerosos y virales. Debemos recordar que los ácidos nucleicos también pueden ser receptores, ejemplificando así una interacción diferente a la clásica entre un agonista, un antagonista y una macromolécula de las proteínas.

Farmacología de receptores: Cuantificación de las interacciones entre fármaco y receptor. La expresión básica del estudio farmacológico de los receptores es la curva dosis – respuesta. En la figura 4 se observa la concentración del fármaco v/s el efecto observado. La EC50 es la dosis del fármaco con la cual se consigue la mitad del efecto máximo. Esto se expresa en curvas semilogarítmicas útiles para facilitar la representación gráfica. Cuando nos aproximamos al 100% del efecto, deducimos que todos los receptores están ocupados. EC50 Medida cuantitativa de la actividad del fármaco.

Efectos de los fármacos en los receptores -Afinidad: Capacidad de un fármaco para unirse, ya sea reversible o irreversiblemente al receptor. Un fármaco puede ser afín con un receptor sin necesidad de causar un efecto, como lo

Figura 5: Teoría de la ocupación del receptor.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología hacen los antagonistas. La medida del Por lo tanto, un fármaco puede tener decir, no puede existir eficacia de un tiene que haber un efecto, y para que haya un efecto tiene que haber una unión previa del fármaco con el receptor. Tenemos que un fármaco (figura 5) se une a su receptor con una constante de afinidad (Ka) que refleja cuál es la afinidad con que éste se une a su receptor. Producto de esa interacción, vamos a tener un estímulo y luego una respuesta. Si la unión es reversible, existirá tanto una constante de unión como una de desunión del fármaco con el receptor. Esto sucede por medio de un cambio conformacional que ocurre en la molécula cuando esta interactúa con el receptor. Este proceso es algo continuo mientras existan moléculas del fármaco presentes en la biofase. La constante de disociación nos indica cómo medimos la unión del fármaco al receptor. Se utiliza una fórmula que considera la concentración del fármaco en biofase [A] dividido por la concentración del fármaco más la constante de disociación [A] + Kd, es decir, lo que está presente más la fracción que se está desuniendo. Si multiplicamos esto por la eficacia (capacidad de que la unión del fármaco al receptor induzca un efecto) y luego por el número de receptores disponibles. Todo ésto, nos da una estimación de la magnitud de la respuesta.

De la mano del concepto que no puede haber eficacia sin afinidad, tenemos la representación de eficacia y la potencia (figura 6). La eficacia de

efecto inducido por el fármaco es la eficacia. afinidad y no presentar eficacia, pero no al revés, es fármaco sin afinidad, porque para que haya eficacia

Figura 6. Eficacia versus potencia.

Figura 7. Fármaco eficaz vs fármaco potente.

Figura 8: Eficacias del procesamiento estímulo/respuesta según el tipo celular

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Capítulo 21 |Farmacodinamia

un fármaco en una curva dosis respuesta está representada por la altura de ésta, siendo mayor entre más alta sea. La potencia en tanto, se representa en la figura como una curva que se desplaza tanto a derecha como a izquierda. Este concepto se relaciona con la medida de la afinidad del fármaco con su receptor, es decir, la cantidad de fármaco necesaria para producir un efecto determinado. En la figura 7 tenemos que el fármaco A es más potente, ya que con menor concentración alcanzamos la mitad del efecto máximo. Sin embargo, ambos fármacos (A y B) son capaces de generar el mismo efecto máximo, poseen la misma eficacia, pero distinta potencia. En el gráfico B de la figura 7, se representa que el fármaco B es menos eficaz que el A; los dos son capaces de unirse al receptor, pero no de desplegar el mismo efecto máximo. Entonces, nos encontramos con 2 fármacos que en el mismo tejido no poseen la misma eficacia. Variaciones según tipo celular

Tenemos un tipo de tejido identificado como célula 1 (figura 8) en donde existe hay un acoplamiento ineficaz entre estímulo y efecto. Esto es posible porque el sistema de transducción no está funcionando eficientemente o no está eficazmente acoplado a la activación del receptor. En esta célula, es posible que la droga A se comporte como un agonista completo, el B como un agonista parcial y el C como un antagonista. En un tejido II, se prueba con los mismos 3 fármacos. Podemos decir que el acoplamiento distinto en el sistema de transducción de señal hace que el comportamiento del Figura 9: Tipos de antagonismos. fármaco sea diferente, y ahora A y el B se comportan como agonistas completos y el C como uno parcial. En un tercer tejido, podríamos encontramos un acoplamiento muy eficaz entre el receptor y la vía de transducción de señal y tenemos que los 3 fármacos se comportan como agonistas completos. La respuesta inducida por el fármaco depende del lugar en donde esté el receptor, en qué tejido, de la eficacia del acoplamiento al receptor con su sistema de transducción de señales que modifica la respuesta final y nos da un efecto.

Formas de discriminar el tipo de antagonista: Hay 3 tipos de antagonistas: Antagonistas competitivos, no competitivos (pseudo-irreversibles) y alostéricos (figura 9). -Antagonista competitivo: Significa que el agonista ocupa el mismo sitio de unión que el antagonista. A medida que aumentamos la cantidad de agonista, vamos desplazando al antagonista. Aquí encontramos un desplazamiento de la curva hacia la derecha, puesto que podemos seguir obteniendo el mismo efecto máximo a medida que agregamos más concentración de ~221~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología agonista. -Antagonista no competitivo: Aquí lo que ocurre es que cambia la eficacia de la respuesta puesto que la unión es irreversible o pseudo-irreversible, por lo tanto, nunca lograremos desplazar al antagonista del sitio de unión. -Alostérico: puede ser de dos tipos, puede haber un antagonismo alostérico o con potenciación alostérica. En el sitio de unión del antagonista (que es distinto al sitio de unión del agonista), debido a la unión del antagonista se induce un cambio conformacional que puede disminuir la actividad por el agonista o aumentar la afinidad por el agonista. Este tipo de interacción de antagonismo alostérico es bastante interesante porque puede producir los dos efectos; puede aumentar la afinidad del sitio de unión con el agonista o disminuir.

Lecturas Recomendadas -Florez, J. 2006. Farmacología Humana. 2ª Edición. Editorial Masson. Segunda Edición. Barcelona, España. -Hardman, J. et al. 2007. Goodman & Gilman. Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica. Editorial McGraw-Hill. 11° Edición. México. 2017pp. -Raffa R. et al. 2008. Netter: Farmacología Ilustrada. Editorial Elsevier. Primera Edición. Barcelona, España.

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Transmisión Adrenérgica

as catecolaminas, son neurotransmisores formados por un grupo catecol y una amina, producidas por el cuerpo humano son la adrenalina y noradrenalina sintetizadas en la médula de la glándula suprarrenal y en los nervios de la mayoría del sistema simpático y otras neuronas en el encéfalo, su efecto dependerá del tejido diana, ya que cada tejido tienen distintos tipos de receptores para catecolaminas, por lo que se producirán distintos mecanismos de respuesta por parte de estos, en el caso de los simpaticomiméticos activan receptores adrenérgicos, mientras que los simpaticolíticos bloquean estos receptores. Los receptores conocidos son: α1; α2; β1; β2; ß3; la adrenalina actúa sobre todos ellos, en cambio la noradrenalina solo sobre α1, α2, β1. La farmacología aplicada a simpatomiméticos busca especificidad de receptores y la potencia de estos sobre la diana farmacológica, el ejemplo más simple es: α : Noradrenalina>Adrenalina>Isoprotenerol β : Isoprotenerol>Adrenalina>Noradrenalina

Mecanismo de acción de los receptores de membrana

•α1: son receptores acoplados a Gαq la que activa fosfolipasa C liberando los mensajeros Inositol trifosfato (IP3) y Diacilglicerol (DAG) ,el Inositol Trifosfato produce la liberación de Ca+2 intracelular bloqueando canales de Ca+2 del retículo endoplasmatico, mientras que el Diacilglicerol mas el calcio activan la proteína quinasa C. •α2: inhibición Adenilato Ciclasa, reduciendo la formación de AMPc e inhibe canales de Ca+2 y aumenta canales de K+. •β: todos estimulan la Adenilato Ciclasa, con la subsecuente formación de AMPc que liberara Ca+2 hacia el citoplasma desde el retículo endoplasmatico. Otras formas de producir el efecto adrenérgico de manera indirecta son: 1.Provocar la liberación o desplazamiento de noradrenalina de los nervios simpáticos. 2.Inhibir la receptación de noradrenalina/adrenalina a través de receptores uptake1 (neuronal) y uptake2 (no neuronal, musculo liso musculo cardiaco, endotelio). 3.Inhibir enzimas que lo metabolizan las catecolaminas como la MAO (monoamino oxidasa) o COMT (catecol-o-metiltransferasa). 4.También los simpaticomiméticos de acción mixta como la dopamina que de forma indirecta liberan noradrenalina y que de forma directa estimulan receptores. ~223~


Localización de receptores adrenérgicos y su función α1: Músculo liso. •Vasoconstricción vasos sanguíneos, bronquios, esfínter digestivo, Útero, detrusor vesical, esfínter vesical, Iris, Aparato seminal. •Excepción Músculo liso digestivo se relaja. •Orden potencia de agonista: NA>A>ISO •Agonista selectivo: fenilefrina, metoxamina,Oximetazolina. •Antagonista selectivo: prazosina, doxazosina. α 2: Sistema nervioso y terminaciones postsinápticas . •Inhibición del sistema simpático en el encéfalo. •Vasoconstricción por administración vía intravenosa primero, seguido de una vasodilatación, este hecho se debe a la localización de los receptores α2 tanto pre como postsináptico. •inhibición de la liberación de acetilcolina y noradrenalina en los nervios postsinápticos ej. Disfunción eréctil; relajación intestinal; inhibición de la liberación de la insulina (perdida de la estimulación del páncreas por nervio vago). •aumento de la agregación plaquetaria. Orden de potencia agonista: A>NA>ISO •Agonistas selectivos: clonidina, clenbuterol, α-metilnoradrenalina. •Antagonista selectivo: Yohimbina, Idazoxán. β 1: en corazón. •Efecto inotrópico + (aumento de la contractibilidad cardiaca). •Cronotrópico + (aumento de la frecuencia cardiaca). •Agonistas selectivos: dobutamina, xamoterol. •Antagonistas selectivo: atenolol, metoprolol. β2: Músculo Liso. •Vasodilatación vasos sanguíneos y broncodilatacion. •Relajación de músculo liso Gastrointestinal. •Relajación: útero, detrusor vesical, aparato seminal, ciliar. β2: Músculo esquelético. •Temblor. •Aumento masa muscular y velocidad de contracción. •Glucogenólisis muscular y hepática. •Aumento de la liberación en las terminaciones nerviosas. •Inhibición de la liberación de histamina por mastocito. •Liberación ácidos grasos desde el tejido adiposo. •Agonistas selectivos: salbutamol, terbutalina, salmeterol, formoterol. •Antagonistas selectivos: Butoxamina β. β3: lipólisis. •Termogenia de músculo esquelético y grasa. •Orden de potencia de agonista: ISO>NA=A •Agonista selectivo: BRL 37344.

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Capítulo 22 | Transmisión Adrénergica Fisiología de la transmisión Noradrenérgica

Neurona Noradrenérgica de la periferia son neuronas simpáticas postganglionar y sus somas en los ganglios simpáticos. Estas neuronas presentan varicosidades, que contienen vesículas sinápticas, que constituyen el lugar de síntesis y liberación de noradrenalina, neuropéptido Y y ATP. El contenido tisular de noradrenalina se relaciona con la densidad de la inervación simpática. Con excepción de la médula suprarrenal, las terminaciones simpáticas explican todo el contenido de noradrenalina en los tejidos periféricos. Algunos órganos, como el corazón, bazo, conducto deferente y vasos sanguíneos son ricos en noradrenalina.

Síntesis de adrenalina y noradrenalina

1.La tirosina que es captada por la neurona adrenérgica, se utiliza para sintetizar Dopa (L-Dopa) a través de la enzima Tirosina Hidroxilasa (es activada por desfosforilación. Utiliza como cofactor BH4 para la síntesis de dopa). Esta enzima es inhibida por α-metiltirosina (usada en tratamiento de feocromocitoma) y noradrenalina (feedback negativo). 2.Dopa descarboxilasa produce dopamina usando como sustrato Dopa. Participa en reacciones de descarboxilacion en L-Histidina→ Histamina y L-Triptófano→ 5HT. 3.Dopamina β-hidroxilasa (DBH) produce noradrenalina usando como sustrato dopamina, está presente en las vesículas y es liberada junto con los neurotrasmisores, no es degrada y ni recaptada rápidamente, por lo que sirve de marcador. Es inhibida por disulfiram y quelantes de cobre. 4.Feniletanolamina N-metiltransferasa (FNMT) → produce adrenalina a partir de noradrenalina, enzima encontrada en la medula suprarrenal. El recambio de NA se puede determinar con un precursor marcado (tirosina o DOPA); el tiempo de recambio es el que requiere una cantidad de NA igual al contenido tisular total para ser degrada u resintetizada.

Almacenamiento de NA Se guarda en vesículas, y es conservada por un mecanismo de transporte similar al transportador de aminas responsable de la recaptación de NA en el espacio sináptico, pero usando el gradiente protónico transvesicular como fuerza impulsora, (también dentro vesícula hay ATP y cromogranina A para mantener osmolaridad) y sólo una pequeña parte libre en el citoplasma. Reserpina: bloquea el transporte de catecolaminas desde el axoplasma hacia las vesículas adrenérgicas, en consecuencia al permanecer en el axoplasma las catecolaminas, tanto sintetizadas como recaptadas desde el espacio sináptico, son degradadas por la MAO. ATP: funciona como transmisor en sinapsis adrenérgica, responsable del potencial sináptico excitador rápido. ~225~


Liberación de NA Despolarización llega a botón sináptico se abren canales de Ca+2dependientes de voltaje, luego entra Ca+2 hacia el axoplasma activándose el complejo SNAREs el cual fusiona la vesícula sináptica con la membrana plasmática liberando los neurotransmisores al espacio sináptico. La liberación de NA puede producirse sin exocitosis, por fármacos que desplazan las vesículas.

Regulación de la liberación La liberación está influida por varias sustancias que actúan sobre receptor presináptico. Muchos tipos de terminaciones nerviosas son objeto de este control y muchos mediadores distintos pueden actuar sobre las terminaciones. La modulación presináptica es un importante mecanismo de control fisiológico en todo el SN. NA actuando sobre receptor presináptico puede regular su propia liberación y la de ATP, por lo que la NA liberada ejerce un efecto inhibidor local sobre las terminaciones de las que libera feed back autoinhibidor. Este mecanismo actúa con receptores α2 adrenérgicos que inhiben a la adenilatociclasa y evitan la apertura de canales de calcio. (Las fibras simpáticas también tienen β2 que activan la adenilatociclasa y aumenta liberación de NA). Recaptación y liberación de catecolaminas La A y NA se degradan enzimáticamente pero más lento que la Acetilcolina (por la Acetilcolinesterasa en espacio sináptico). Las enzimas que metabolizan las catecolaminas están en el botón sináptico, por lo que es necesaria la recaptación para su degradación. • Recaptación

Tabla 1. Recaptación de adrenalina y nor adrenalina

• Degradación

La degradación de la noradrenalina a nivel del SNC y periférico produce distintos metabolitos los cuales sirven de marcadores, MOPEG producida por el SNC y AVM (ac.3metoxi-4hidroximandélico) producida en la periferia, ambos excretados en la orina (vía de eliminación) : ~226~

Capítulo 22 | Transmisión Adrénergica

Esquema 1. Degradación de adrenalina y noradrenalina

Fármacos que actúan sobre los receptores adrenérgicos

Relaciones estructura – actividad La potencial global y la especificidad por el receptor de los fármacos que ejercen su efecto al combinarse con los receptores adrenérgicos dependen de 3 factores: •Afinidad por los receptores adrenérgicos y eficacia sobre ellos. •Interacción con los sistemas de captación neuronal. •Interacción con MAO y COMT.

Agonistas de los receptores adrenérgicos

Músculo Liso: Contracción de todos menos el digestivo, por estimulación de receptor α1principalmente (se cree que se debe a su cercanía a lugares de liberación, activado neurológicamente), aunque este tejido tiene también para α2(que están en cualquier parte), activados por catecolamina circulante. Al administrar agonistas α la acción principal es la vasoconstricción, lo que produce disminución de la distensibilidad vascular, aumento de p° venosa central y de la resistencia periférica. Todo esto lleva a una elevación de la tensión arterial sistólica y diastólica. Territorios cerebral, coronario y pulmonar poco afectados. Estimulación de los receptores β provoca relajación, con un aumento de la formación de AMPc y la expulsión de Ca+2 y la unión de Ca+2intracelular, para reducir concentraciones libres en el intracelular. La relajación generalmente es producida por los β2 (en el músculo liso digestivo no se sabe si es 1 o 2), en el vascular es β2 mediado por endotelio y Oxido Nítrico (NO). El potente efecto inhibidor del sistema simpático se debe a receptores α y β. Parte es por estimulación de los α2pre sinápticos que inhibe la liberación de NT excitadores, o que su esti~227~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología mulación hiperpolariza la célula. Los esfínteres se contraen por activación de receptores α. En bronquios al ser dilatados por β2, los agonistas β2selectivos son para el asma, al igual que para el músculo liso uterino. Terminaciones Nerviosas: α: en colinérgicos y adrenérgicos. Efecto inhibidor (más α2). Corazón: β1 provoca aumento del gasto cardíaco y del consumo de oxígeno; la eficiencia se reduce. (Hipertrofia cardíaca aparece en respuesta a la activación de los receptores α1). Metabolismo: catecolaminas estimulación conversión de depósitos energéticos (glucógeno/grasa) en combustibles, causando aumento plasmático de estos (glucosa/ácido graso) mayoría por β1. Ver información al principio. Se contribuye a la hiperglicemia, y se inhibe la síntesis de leptina por el tej.adiposo. La hiperglicemia inducida por adrenalina se bloquea por combinación de antagonistas α y β. Otros: músculo esquelético influenciado por A al actuar sobre los β2. La tensión de fibras de contracción rápida (blanco) aumenta por la acción de A, especialmente cuando musculo está fatigado, mientras que la contracción del músculo lento (rojo) se reduce (Clenbuterol, agonista β2). Células del sistema inmune expresan receptores adrenérgicos (principalmente β). Los agonistas de estos receptores inhiben la proliferación de linfocitos, la muerte celular mediada por linfocitos y la síntesis de citoquinas. Aplicaciones clínicas de fármacos

•Sistema Cardiovascular oParo cardíaco: Adrenalina. oShock cardiogénico: dobutamina. oBloqueo cardíaco: agonista β (ej.ISO). •Shock anafiláctico oAdrenalina. •Aparato Respiratorio oAsma: agonista selectivo β2. oDescongestión nasal: gotas con oximetazolina o efedrina. •Otros: oProlongación anestesia local: adrenalina. oAgonistas α2: hipertensión arterial, sofoco menopáusico, reducción presión intraocular y profilaxis migraña.

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Capítulo 22 | Transmisión Adrénergica

Tabla 2. Resumen simpaticomiméticos

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Tabla 3. Resumen simpaticolíticos

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Fármacos Colinérgicos y No-Colinérgicos

a neurotransmisión colinérgica se entiende como el conjunto de sinapsis que tienen a la acetilcolina como neurotransmisor. La neurotransmisión colinérgica comprendea las sinapsis pre y postganglionares del sistema nervioso autónomo (parasimpático),y solo en la sinapsis preganglionar en el sistema nervioso autónomo simpatico, donde la acetilcolina actúa sobre los receptores muscarínicos. Algunas fibras del sistema nervioso simpático donde la acetilcolina actúa sobre receptores muscarínicos (glándulas sudoríparas y algunos vasos sanguíneos). En tanto la neurotransmisión colinérgica de la placa motora en la que la acetilcolina actúa sobre receptores nicotínicos. Algunas vías del SNC donde la acetilcolina actúa sobre receptores muscarínicos y nicotínicos. Acetilcolina

La acetilcolina (ACh) se forma en el citoplasma de las terminaciones neuronales colinérgicas a partir de colina y de la acetil-coenzima-A (Ac-CoA), mediante la acción de la enzima colinoacetiltransferasa (ChAcT). La acetilcolina sintetizada es mantenida disuelta en el plasma de forma libre o es almacenada en vesículas sinápticas, espeFigura 1. Receptores de membrana colinérgicos rando que llegue un potencial de acción despolarizante que provoque la entrada de calcio a la neurona y se permita el movimiento de las vesículas para su liberación. La liberación de la acetilcolina también puede ser ̉espontáneamente, “escapando” de los terminales sinápticos o mediante potenciales de acción en miniatura, los cuales liberan vesículas, pero éstas son insuficientes para provocar una potencial postsináptico. Un fármaco que tiene su efecto en la liberación de acetilcolina, es la toxina botulínica. Éste evita la exocitosis de las vesículas de de acetilcolina, impidiendo la conducción nerviosa. Se ocupa terapéuticamente en enfermedades que producen espasticidad, ya que al inyectarse localmente producen debilidad muscular y disminuyen el dolor y la rigidez. También es usado en la hipersecreción de las glándulas sudoríparas. ~231~


Receptores colinérgicos

Los receptores colinérgicos se dividen en dos categorías: los nicotínicos y los muscarínicos: •Los receptores nicotínicos se caracterizan por ser ionotrópicos, es decir, permiten la fácil e inmediata entrada de iones como el Na+ a la célula postsináptica, a través de un canal iónico controlado por la acetilcolina. •Los receptores muscarínicos se caracterizan por ser metabotrópicos y acoplados a proteína G(Tabla 1).

Tabla 1. Caracterización de receptores muscarínicos

Recaptacion y almacenamiento

La recaptacion sucede posterior a la degradacion de la Acetilcolina por la enzima acetilcolinesterasa encontrada en el espacio sinaptico, en donde la acetilcolina es degradada a los metabolitos acetato y colina por esta enzima, la colina es recaptada por su transportador (transportador de colina) hacia el axoplasma en donde es transformada en acetilcolina por la enzima ChAcT en presencia de acetil-CoA y colina. El almacenamiento de la acetilcolina se produce a través del antiportador H+/Ach ubicada en la membrana de la vesícula sináptica. Compuestos que alteran la síntesis y la neurotransmisión de acetilcolina •Hemicolinio-3: inhibe la recaptación de colina desde la neurona pre sináptica, de esta forma no hay producción del neurotrasmisor acetilcolina. Veneno de la araña viuda negra o del trigo: aumenta la liberación de acetilcolina desde la neurona pre sináptica, teniendo como consecuencia tetania a nivel muscular, y depleción de las reservas de acetilcolina en las neuronas colinérgicas. •1-Naftilvil piridina (NVP): inhibidor de la colinoacetiltransferasa (ChAcT), lo que inhibe la producción de acetilcolina en la neurona presináptica. Vesamicol: inhibidor del anti transportador H+/acetilcolina en la membrana de las vesículas sinápticas. •Toxina Botulínica: Actúa inhibiendo diferentes enzimas del complejo SNARE (conjunto de enzimas involucradas en la fusión de la vesícula sináptica con la membrana de la neu~232~

Capítulo 23 | Fármacos Colinérgicos y No-Colinérgicos rona presináptica). Fármacos colinérgicos

Como fármacos colinérgicos entendemos a aquellos compuestos que van a tener la misma acción que la acetilcolina al unirse a los diferentes receptores ubicados en el organismo. Sistema ocular Cuando se administran agonistas muscarínicos al saco conjuntival, contraen el músculo ciliar y el músculo esfínter del iris, lo que produce acomodación del cristalino para la visión cercana y miosis (contracción de la pupila). Ambos efectos contribuyen a facilitar el drenaje del humor acuoso, reduciendo la presión en la cámara anterior del ojo. La pilocarpina, se utiliza en cuadros clínicos como el alza de presión intraocular como el glaucoma. La tropicamidaes un anticolinérgico que produce efectos antagónicos a la Pilocarpina, como por ejemplo midriasis y aumento de la presión intraocular, produciendo en algunos casos fotosensibilidad. Sistema respiratorio En este sitio se ocupan principalmente fármacos anticolinérgicos, esto porque el sistema parasimpático produce broncoconstricción y aumento en la secreción mucosa.Anticolinérgicoscomo el ipratropio y el tiotropio producen la relajación de la musculatura bronquial, debido al bloqueo de los receptores M3. Sistema digestivo El Sistema Nervioso Parasimpático produce aumento del peristaltismo y de las secreciones en el sistema digestivo (incluyendo las glándulas salivales), el anticolinérgico diciclomina actúa sobre todo en los receptores M3, evitando las acciones colinérgicas produciendo en algunos casos sequedad de la boca, dificultad al hablar y al tragar. Sistema cardiovascular A nivel cardiovascular el sistema nervioso parasimpático tiene una mayor predominancia que el simpático. El nervio vago es el encargado de producir los efectos colinérgicos en el corazón y los hace sobre los receptores M2 del nódulo sinusal, disminuyendo la frecuencia cardiaca produciendo lo que se denomina cronotropismo negativo (baja en la frecuencia cardiaca). La disminución en la velocidad de bombeo del corazón y el efecto vasodilatador de los colinérgicos van provocar además una disminución de la presión arterial. Cabe destacar que la inervación parasimpática directa sobre los vasos es escasa, a pesar de esto la atropina (un anti-colinérgico) es muy eficaz a este nivel para revertir la vasodilatación producida por los agonistas colinérgicos. Sistema urinario A nivel del tracto urinario, los agonistas muscarínicos producen la contracción del músculo detrusor, relajación del trígono y esfínter vesical. Glándulas sudoríparas A nivel de glándulas sudoríparas los colinérgicos producen intensa sudoración, lo que se denomina diaforesis (hay que recordar que la neurona post sináptica simpática que inerva las glándulas sudoríparas es colinérgica). Agonistas muscarínicos Los agonistas muscarínicos se clasifican en dos grandes grupos: De acción directa: activan directamente los receptores muscarínicos. Dentro de este grupo se subdividen en función de su estructura química en: ~233~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología •Ésteres de colina: Acetilcolina, Metacolina, Carbacol y Betanecol. •Alcaloides Naturales y derivados sintéticos: Muscarina, Pilocarpina, Arecolina, Aceclidina. De acción indirecta: Son fármacos que inhiben la Acetilcolinesterasa (AchE), produciendo un incremento en la concentración de acetilcolina en las sinapsis colinérgicas, por lo tanto aparte de activar receptores muscarínicos, van a activar a nicotínicos. La acetilcolinesterasa tiene dos sitios uno aniónico y otro Figura 2. Sitios de unión de la acetilcolinesterasa. esterásico. Un bloqueo en cualquiera de estos sitios va a provocar que no se hidrolice la acetilcolina y por lo tanto aumente su concentración(Figura 2). Dentro de los colinérgicos de acción indirecta se encuentran dos clases de fármacos: •Reversibles: Tienen un efecto de corta duración, entre 4 a 6 horas, dependiendo de la dosis del fármaco. Ejemplos de esto son la neostigmina, fisostigmina, piridostigmina, que actúan a nivel de placa motora, evitando que se hidrolice la acetilcolina a nivel periférico produciéndose contracciones sostenidas. Se ocupan en enfermedades como la miastenia gravis, que se caracteriza por haber anticuerpos contra los receptores colinérgicos nicotínicos y tiene como tratamiento el uso de colinérgicos reversibles para aumentar la acetilcolina y que los pocos receptores que funcionan se saturen, permitiendo que la persona tenga contracciones normales y sin falta de fuerza. •Irreversibles: Los más conocidos son los organofosforados, que se encuentran mayoritariamente en los insecticidas y se caracterizan por poseer un radical O=P o S=P. Además son muy liposolubles, por lo que tienen la capacidad de traspasar muestras membranas biológicas (inclusive la barrera hematoencefálica) y fijarse al sitio esterásico de la acetilcolinesterasa.Los enlaces entre el fósforo y el sitio esterásico son covalentes. Pueden causar la causa de muerte si no se ocupan terapéuticamente y ésta se produce por insuficiencia respiratoria, la que tiene su origen en 2 niveles: 1.Se produce una estimulación importante de los receptores nicotínicos a nivel del músculo estriado, lo que produce fasciculaciones, hipoventilación y parálisis; debido a que se bloqueó la acción de la acetilcolinesterasa, por lo que la acetilcolina no se metaboliza, entonces ésta no deja de estimular a los receptores, produciendo un colapso muscular y llevando a parálisis. Dependiendo de los órganos afectados esta parálisis puede ser lenta o rápida. Habitualmente cuando son los alimentos ingeridos los que contienen la sustancia, los primeros síntomas aparecen a nivel gastrointestinal, ya que se estimulanreceptores muscarínicos M3y la persona empieza con dolores estomacales. Cuando la intoxicación es masiva, los síntomas comienza a expandirse y diseminarse, produciendo parálisis a nivel de los músculos respiratorios. 2.A nivel central se produce alteración de los receptores nicotínicos o muscarínicos a nivel central, demora más pasar la barrera hematoencefálica, pero cuando lo hace estimula los receptores a nivel central produciendo alteraciones de motricidad –ataxia y disartria (falta de articulación de la palabra). En el sistema cardiovascular primariamente se produce una taquicardia refleja, lo que produce una hipertensión inicial, la que termina en una bradicardia e hipotensión, haciendo que el paciente caiga en un shock cardiorespiratorio con alteraciones masivas, terminando todo esto en la muerte del paciente. ~234~

Capítulo 23 | Fármacos Colinérgicos y No-Colinérgicos ¿Qué se debe hacer en éste caso?

Se debe administrar uno de estos fármacos: •Atropina, que es derivado de la planta Belladona. •Escopolamina, que es un derivado de la planta Niger. Ambas sustancias tienen mayor afinidad que la acetilcolina por los receptores nicotínicos y muscarínicos, evitando que la acetilcolina se una a ellos y disminuyendo los efectos de la sobreestimulación colinérgica. Éstos fármacos no presentan actividad intrínseca, por lo que no producen ningún otro efecto, sólo evitan la unión de la acetilcolina. Por lo tanto siempre ante una intoxicación por organofosforados, las medidas que se tienen que tomar son: Aplicar grandes dosis de atropina vía intravenosa (mayor biodisponibilidad). Luego de que el paciente ya se reanima y tiene permeable las vías aéreas, se le administra un fármaco de la familia de las oximas, como la Flavodoxima o la Pralidoxima. Cualquiera de estos fármacos va a unirse al sitio aniónico de la acetilcolinesterasa y van a reactivar a la enzima para que el paciente vuelva a la normalidad.

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Psicofarmacología a psicofarmacología es una rama de la farmacología que estudia la relación entre los fármacos y la función cerebral, incluyendo el estado anímico, las percepciones, la cognición y el comportamiento.

Los principales psicofármacos se dividen en: • Antipsicóticos. • Ansiolíticos. • Antidepresivos. • Antirreurrenciales (Estabilizadores del estado de ánimo).

Antipsicóticos. Los antipsicóticos o neurolépticos conforman un grupo de fármacos químicamente heterogéneos que se caracterizan por mostrar su máxima eficacia en el tratamiento de algunas psicosis orgánicas y tóxicas, y de las psicosis idiopáticas de naturaleza esquizofrénica, siendo identificados comunmente como fármacos antipsicóticos, tranquilizantes mayores o antiesquizofrénicos, presentando una acción terapéutica antipsicótica, alucinolítica y antidelirante.

Su descubrimiento fue accidental, el doctor francés Henri Lobori realizaba estudios con sustancias que pudiesen antagonizar los síntomas del estado de shock cuando descubrió la clorpromazina, un fármaco capaz de producir cierta somnolencia y disminuir las reacciones frente a estímulos ambientales sin ocasionar la pérdida total de la conciencia. A partir del descubrimiento de la clorpromazina, la mayoría de los neurolépticos clinicamente válidos que se fueron creando mostraron un perfil farmacológico, terapeútico e yatrogénico muy similar, por lo que fueron clasificados según sus características estructurales en dos grandes familias: • Antipsicóticos típicos (clásicos): 1º generación. • Antipsicóticos atípicos: 2º generación.

Ambos tipos de medicamentos, los típicos y los atípicos actúan a nivel de la vía de la dopamina, bloqueando los receptores dopaminérgicos D2 en el cerebro. Los de segunda generación presentan mayor especificidad hacia los receptores (tanto dopamina como otros) que los de primera generación, lo cual provoca que generen menos efectos adversos. ~237~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Antipsicóticos típicos (neurolépticos). Fueron los primeros fármacos que aparecieron con acciones psiquiátricas y neurológicas (acciones neurovegetativas), por lo cual se les otorgó el nombre de neurolépticos.

Clorpromazina. Fue creada como antihistamínico. Esta posee acción antipsicótica, ansiolí- tica, antiemética y antialérgica. Si se observa la estructura química, esta denota una cadena lateral alifática muy parecida a la de la dopamina, lo cual le permite ejercer su acción a nivel de los receptores dopaminérgicos del sistema mesocorti colímbico y mesoestriado. Esta droga actúa como tranquilizante sin sedar al paciente provocando lentificación del pensamiento, disminución de los reflejos condicionados e inhibición afectiva, permitiendo la mantención de una vida relativamente estable en los pacientes esquizofrénicos.

Mecanismo de acción. Actúa sobre el circuito de la dopamina, como predice la teoría dopaminérgica de la esquizofrenia. Es un bloqueador del receptor D2 (inhibitorio) de la Dopamina que predomina en neuronas del Núcleo Estriado Ventral (como las del núcleo accumbens). También existen receptores D2 en el estriado dorsal y en el túbulo infundibular, en los que causa efectos secundarios.

Figura 1. Estructura química de la Clorpromazina.

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Capítulo 24 | Psicofarmacología Las fenotiazinas (clorpromazina) bloquean receptores DA y 5HT, colinérgicos, α-adrenérgicos e histamínicos; sin embargo, no actúan sobre los síntomas negativos y presentan efectos extrapiramidales seguramente porque el bloqueo 5HT/DA es de baja potencia. Estos efectos secundarios se deben al bloqueo, además de D2, de los receptores M1 y M2 (en ambos, visión borrosa e hipertensión ocular), α1 y α2 (efecto cardiotóxico), H1 (aumento de peso) y H2. Es un antipsicótico inhibitorio, pero sus efectos están sujetos a varias explicaciones, debido a que si las alucinaciones están dadas por una inhibición de las neuronas de la corteza prefrontal, la regulación cortico-límbica inhibe o excita al sistema límbico, y si la corteza prefrontal se activa, se activa la vía glutamatérgica hacia el sistema límbico, generando la regulación de este.

En general:

Efectos Secundarios. 1. Somnolencia. 2. Falta de expresión en el rostro. 3. Arrastrar los pies al caminar. 4. Intranquilidad. 5. Agitación. 6. Nerviosismo. 7. Movimientos extraños, lentos o incontrolables de cualquier parte del cuerpo. 8. Dificultad para dormirse o permanecer dormido. 9. Aumento del apetito. 10. Aumento de peso. 11. Secreción de leche materna. 12. Distensión de los senos. 13. Falta de algunos períodos menstruales. 14. Disminución de la capacidad sexual. 15. Cambios en el color de la piel. 16. Sequedad en la boca. 17. Congestión nasal. 18. Dificultad para orinar. 19. Dilatación o contracción de las pupilas.

Antipsicóticos Atípicos (2º generación). Los antipsicóticos atípicos son usados para el tratamiento de la esquizofrenia, manía, desorden bipolar, agitación psicótica y otras alteraciones psicógenas. Estos, a diferencia de los clásicos o típicos, producen un bloqueo dopaminérgico selectivo, generando menos efectos neurológicos (extrapiramidales). Una de sus características importantes es que actúan sobre los síntomas negativos y resistentes de la esquizofrenia. ~239~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Mecanismo de acción. Los antipsicóticos atípicos son un grupo heterogéneo de drogas no relacionadas entre sí, excepto por el hecho de que su mecanismo de acción difiere de los antipsicóticos típicos. Un ejemplo de esto es la Risperidona que contiene benzisoxazola y piperidina como parte de su estructura molecular.

Clozapina. La clozapina fue el primero de una serie de fármacos diseñados para el tratamiento de la esquizofrenia y otros trastornos psicóticos. Esta posee una baja tasa de efectos adversos neurológicos extrapiramidales (temblor y parkinsonismo), debido a un mayor Figura 2. Estructura química del bloqueo de los receptores DA1, y mayor eficacia frente a otros anDiazepam. La base de 3 anillos tipsicóticos. Sin embargo, es un fármaco con frecuentes efectos ad- es común con variabilidad. Cl versos a otros niveles (fuerte sedación, aumento de peso, descenso está en posición 7 y es necesario de la tensión arterial, aumento de triglicéridos que pueden causar tener un grupo nitro en esta pola hipertrigliceridemia con riesgo de muerte, etc.) y que a principios sición para la actividad sedativade los años 1970 se asoció a una serie de casos de agranulocitosis hipnótica. con resultado de muerte por infecciones en Finlandia y Estados Unidos. Por este motivo se retiró del mercado en gran número de países y no fue hasta finales de los años 1980 cuando se decidió recuperar para la terapéutica psiquiátrica, dado su peculiar perfil de eficacia y tolerancia.

Ansiolíticos

Los ansiolíticos son drogas utilizadas para el tratamiento de la ansiedad, que además tienen propiedades sedativas (disminución de la ansiedad y actividad motora) e hipnóticas (facilitación del sueño). Tipos de ansiolíticos: Benzodiazepinas (ver figura 1) y No Benzodiazepinas.

Historia de las benzodiazepinas Las benzodiazepinas fueron descubiertas por el Dr. Leo Sternbach trabajando para Hoffman La Roche en New Jersey en 1955. La primera benzodiacepina fue el clordiazepóxido (Librium) con propiedades hipnotizadoras, ansiolíticas y relajante muscular. Por los últimos años de 1970 fue uno de la medicamentos más prescritos del mundo, debido a que las benzodiazepinas son las drogas de elección para tratar la ansiedad y el insomnio debido a su gran margen de seguridad. Otros usos de las benzodiazepinas son como anticonvulsivantes y agentes preanestésicos.

Farmacocinética • Biodisponibilidad de 70-100% por vía oral. • Máxima concentración en 1-4 horas. • Bioaccesibilidad lenta y errática por vía intramuscular. • Concentración máxima en 10-12 horas. • Bioaccesibilidad rápida por vía intravenosa.

Biotransformación y excreción de las benzodiazepinas. La eliminación es vía metabolismo ~240~

Capítulo 24 | Psicofarmacología hepático, aunque algunas benzodiazepinas generan metabolitos activos que extienden la vida media de la droga. La biotransformación mediante hidroxilación o glucoronidación para generar metabolitos inactivos es el factor más importante para terminar las acciones de las benzodiazepinas menos liposolubles. Estos metabolitos son excretados principalmente por los riñones. Solo una pequeña cantidad de benzodiazepinas se mantiene sin cambiar en la orina. La eliminación disminuye en pacientes ancianos y en pacientes con daño hepático por lo cual las dosis deben disminuirse. En pacientes con daño hepático, sobre todo por alcohol, se debe considerar Lorazepam como benzodiazepina de primera elección. Es el fármaco ideal, ya que tiene una vida media corta de 8 horas, no tiene metabolitos activos y se metaboliza por glucuronización a nivel hepático (vía no oxidativa). El período medio de eliminación de las benzodiazepinas es de entre 1-120 horas, el cual depende netamente de su mecanismo de acción. • Prolongada (más de 24 horas). • Intermedia (12-24 horas). • Corta (6-12 horas). • Ultracorta (menos de 6 horas).

Farmacodinamia. El efecto principal de las benzodiazepinas es aumentar la eficacia de la inhibición sináptica a través de GABA (ácido γ-amino butírico), cambiando los niveles de GABA, Glicina, Noradrelina y Serotonina. Debido a esto, probablemente afecta la médula espinal, hipotálamo, hipocampo, sustancia negra, corteza cerebelosa y corteza cerebral. • GABA es responsable de la propiedad anticonvulsivante. • Glicina es responsable de la propiedad de generar relajación muscular. • Noradrenalina y Serotonina son responsables de la propiedad ansiolítica. Los receptores de GABA son pentámeros de estructura similar al receptor nicotínico de ACh, es decir, abren canales de cloruro. GABA-A posee además sitios de unión para ligandos moduladores, como benzodiazepinas y barbitúricos y también tiene un sitio de unión para el etanol. Todos estos ligandos moduladores lo que hacen es incrementar la frecuencia (GABA) o duración (Barbitúricos) de la apertura del canal, pero NO abren el canal, es decir, estas drogas no actúan en ausencia de GABA.

Propiedades farmacológicas. Generalmente las benzodiazepinas son administradas en forma oral. Algunas pueden ser administradas en forma parenteral (clordiazepóxido, diazepam y lorazepam). Estas son liposolubles.

Usos terapéuticos. • Trastorno generalizado de la ansiedad (aprehensión severa, tensión, angustia). • Ansiedad situacional. • Trastorno de pánico y agorafobia (alprazolam). • Insomnio (triazolam, flurazepam). • Convulsiones (diazepam IV, lorazepam, clonazepam). • Preanestésicos (midazolam, lorazepam y diazepam). • Relajantes musculares. ~241~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Sobredosis de benzodiazepinas • Deprime sistema nervioso central. • Depresión respiratoria. • Hipotensión. • Síndrome de shock. • Coma. Se utiliza Flumazenil, un antagonista competitivo de los receptores de benzodiazepinas. El Flumazenil es una benzodiazepina, la diferencia radica en que ésta al unirse a su receptor no produce efecto.

No Benzodiazepinas. Estas tienen diversos mecanismos de acción dependiendo de la familia a la cual pertenezcan. Algunos tienen selectividad para los subtipos de receptores Ω del complejo receptor GABAA (Imidazopirinas); otros actúan sobre las vías serotoninérgicas, principalmente sobre los receptores 5-HT1A (Azapironas); y otros se ligan selectivamente y con alta afinidad al receptor benzodiazepínico (β-Carbolinas).

Lectura recomendada Capítulos 26, 27, 31 y 32, “Farmacología Humana”, Jesús Flórez. Capítulos 17, 19 y 20, 3“Las bases farmacológicas de la Terapéutica”, Goodman & Gilman. How drugs act: molecular aspects. In: Pharmacology, 4th edition. Rang HP, Dale MM and Ritter JM. Edinburgh, UK: Harcourt Publishers Ltd, 2001:2–46.

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CAPITULO

Farmacología de los Antidepresivos

La depresión es un trastorno mental cuya prevalencia se encuentra entre un 3-5% y cuya morbilidad a lo largo de la vida puede llegar a ser del 10%. Se estima que actualmente 121 millones de personas sufren de depresión, experimentando el 5,8% de los hombres y el 9,5 % de las mujeres un episodio depresivo en algún punto de su vida. Es importante destacar que menos del 25% de los afectados tienen acceso a tratamientos eficaces, cifra preocupante, ya que se estima que para el año 2020 la depresión ocupará el segundo lugar entre las enfermedades con mayor carga de morbilidad. Los trastornos depresivos se encuentran caracterizados por alteraciones cognitivas y del estado de ánimo, que afectan tanto al organismo como a la manera de pensar. Estos abarcan un amplio espectro de síntomas, los cuales forman parte de las fluctuaciones propias del humor de cualquier individuo, sin embargo, cuando varios de estos se mantienen de forma constante, la depresión debe ser tratada. Sin tratamiento, los síntomas pueden durar semanas, meses e incluso años. Los tipos más comunes de trastornos depresivos son la depresión severa, la distimia y los trastornos bipolares.

Los síntomas característicos son: • Estado de ánimo triste, ansioso o “vacío” en forma persistente. • Sentimientos de desesperanza y pesimismo. • Sentimientos de culpa, inutilidad y desamparo. • Pérdida de interés o placer en actividades que antes se disfrutaban incluyendo la actividad sexual. • Disminución de energía, fatiga, agotamiento, sensación de estar “en cámara lenta”. • Dificultad para concentrarse, recordar y tomar decisiones. • Insomnio, despertarse más temprano o dormir más de la cuenta. • Pérdida de peso, apetito o ambos, o por el contrario comer más de la cuenta y aumento de peso. • Pensamientos de muerte o suicidio, o intentos de suicidio. • Inquietud, irritabilidad. • Síntomas físicos somáticos que no responden al tratamiento médico, como dolores de cabeza, trastornos digestivos y otros dolores crónicos. El final de esta enfermedad muchas veces es el suicidio, ya que un paciente sin tratamiento no es capaz de mejorarse por sí mismo. Los trastornos depresivos (850.000/año) y la esquizofrenia son responsables del 60% de los suicidios. ~243~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Chile. La depresión es un problema de salud importante (objetivo sanitario) con una alta prevalencia, ya que 75 de cada 1.000 personas mayores de 15 años presentan depresión. Es la segunda causa de AVISA en mujeres (años de vida saludable perdidos por discapacidad y muerte prematura).

Historia de los antidepresivos.

Varios opiáceos y anfetaminas fueron comúnmente usados como antidepresivos hasta mediados de 1950, observándose efectos secundarios y adictivos. A su vez, extractos de la hierba de San Juan fueron usados por mucho tiempo como antidepresivos. En los años 50, justo después de la II guerra mundial, ocurrieron muchos descubrimientos, debido a que los médicos y químicos trabajaban en conjunto de manera ardua para encontrar fármacos para tratar la tuberculosis, enfermedad de alta incidencia en la época. En esos tiempos, un laboratorio llamado Roche© encargó a un grupo de médicos, liderados por Irving Selikoff y Edward Orbite, el análisis de dos nuevos fármacos que tenían posibles propiedades para controlar la tuberculosis, la Isoniazida e Iproniazida. Al analizar estos fármacos, uno de estos funcionó de manera tóxica, pero el otro, la Isoniazida, presentó dentro de sus efectos secundarios una mejora del estado de ánimo, obteniéndose un resultado muy notorio: este fármaco no controlaba tanto la tuberculosis como otros, pero los pacientes presentaban un buen estado de ánimo. Este descubrimiento fue compartido y publicado en la prensa local. Luego, Max Lurie se informó de dicho efecto secundario “positivo” y decidió probarlo en pacientes con trastornos del ánimo, observando una mejoría de su estado en patologías psiquiátricas diversas. Paralelo a esto, en el hospital Saint-Anne, Jean Delay encontró los mismos efectos. Estos descubrimientos fueron ocurriendo en diferentes partes del mundo, siendo validada la Isoniazida por la comunidad científica, aumentando su probabilidad de ser aplicada en forma clínica. Sin embargo, esto ya había sido patentado por el laboratorio Roche que para ese entonces llamó a la Isoniazida el “energizante psíquico”. El laboratorio ganó mucho dinero hasta que en el año 1981 se descubrió que este fármaco producía hepatotoxicidad mortal. Como consecuencia, el laboratorio Roche dedicó todo el dinero ganado a la investigación para modificar esta molécula y buscar otros fármacos psicoestimulantes. Por esto, se descubrió que la estructura química de la Isoniazida era muy similar a la de la Dopamina. Desde ese momento se abre una nueva rama, la psicofarmacología, demostrándose que los trastornos psiquiátricos pueden ser tratados mediante fármacos. Luego, en el año 1957, Ronald Khun del Hospital Psiquiátrico Suizo, descubre un derivado tricíclico (tres anillos) llamado Imipramina, el cual tuvo un potente efecto antidepresivo en sus pacientes. La finalidad Figura 1. Estructura quíprincipal de todos estos investigadores era buscar moléculas similares mica de la Isoniazida. a la Dopamina. Desde aquí, nace una inmensa carrera farmacológica (fármacos de primera, segunda y tercera generación) para lograr descubrir fármacos para tratar trastornos psiquiátricos. Luego de los descubrimientos fortuitos sobre los antidepresivos en los años 1950 más las declaraciones de Freud, no ha existido otro avance importante que marque un adelanto dentro de la psiquiatría. ~244~

Capítulo 25 | Farmacología de los Antidepresivos. Además, en los años 50 y 60 la gente pensaba que estas enfermedades iban a tener cura con un pensamiento bastante utópico, en donde se creía que independiente de la vida que se llevara, al tomar un medicamento el paciente se iba a curar. Finalmente se comprendió que estas patología son bastante complejas y que tienen otro tipo de “curas”.

Antidepresivos

Las drogas antidepresivas se clasifican en: • Antidepresivos tricíclicos. • Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina. • Inhibidores de la monoamino oxidasa (MAO). • Antidepresivos duales (IRSN).

Todos estos fármacos antidepresivos tienen una eficacia terapéutica similar. Su elección se basa en los efectos adversos asociados.

Antidepresivos tricíclicos (ATC). También conocidos como antidepresivos de primera generación. Tienen un comportamiento múltiple, ya que potencian las acciones de las aminas biógenas noradrenalina, serotonina o ambas, bloqueando su recaptación por transportadores presinápticos, produciendo una reducción inmediata de la actividad neuronal en el locus ceruleus (noradrenalina) y en neuronas del núcleo del rafe (serotonina). Dentro de esta clasificación se incluyen todos los antidepresivos que no inhiben la MAO. Ejemplos de estos son: amitriptilina, amoxapina, butriptilina, clomipramina, desipramina, dibenzepina, dosulepina, doxepina, imipramina, iprindole, lofepramina, melitracen, nortriptilina, opipramol, protriptilina, trimipramina.

Propiedades farmacológicas: • Se absorben bien por vía oral. • Son altamente liposolubles. • Se fijan fuertemente a proteínas plasmáticas, aproximadamente en un 80-95%. • Biodisponibilidad generalmente baja, debido a que son altamente metabolizados en el primer paso hepático. • Alta semivida de eliminación. • Eliminación renal.

Los efectos adversos de estos fármacos se deben a la actividad antagonista no selectiva sobre receptores α-adrenérgicos, receptores muscarínicos, receptores de histamina y otros. Ej.: Aumento de peso, hipotensión, sequedad bucal, taquicardia y disfunción eyaculatoria. Con el tiempo se han ido desarrollando nuevos compuestos en los que no se mantiene la estructura de los tres ciclos condensados, sino que pueden ser desde monocíclicos hasta tetracíclicos. Otros antidepresivos son tricíclicos, pero no bloquean la recaptación de aminas. Todos estos compuestos reciben el nombre de antidepresivos atípicos (o antidepresivos de segunda generación). ejemplos de estos son la Amoxapina, que bloquea los receptores de dopamina, además de bloquear la recaptación de noradrenalina y la Trazadona, que aumenta la neuro~245~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología transmisión dopaminérgica y bloquea los receptores α-adrenérgicos, además de bloquear la recaptación de serotonina.

Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS). Estos son los antidepresivos de tercera generación, los cuales inhiben la recaptación de serotonina en forma selectiva al bloquear los transportadores de serotonina en la neurona serotoninérgica, induciendo una desensibilización de los autorreceptores serotoninérgicos que inhiben la frecuencia de descarga de la neurona serotoninérgica y la liberación del neurotransmisor a nivel del terminal sináptico. Esta desensibilización provoca un aumento de la actividad serotoninérgica al disminuir la función de los autorreceptores presinápticos, lo que permite una mayor liberación de serotonina por potencial de acción y además, un aumento del tiempo de permanencia del neurotransmisor en el espacio sináptico. Los ISRS difieren de los antidepresivos tricíclicos en su escasa afinidad hacia receptores muscarínicos o receptores α1-adrenérgicos, que son determinantes de algunos de los efectos adversos más importantes de los antidepresivos clásicos, siendo por esto los ISRS considerados como antidepresivos de primera elección. Ejemplos de estos son: alaproclate, citalopram, etoperidona, escitalopram, fluoxetina, fluvoxamina, paroxetina, sertralina, zimelidina.

Propiedades farmacológicas: • Son administrados por vía oral. • Son muy liposolubles. • Se absorben más lentamente que los otros antidepresivos. (Tmáx de 4 a 8 horas). • Se unen fuertemente a proteínas plasmáticas, pudiendo desplazar a otros fármacos. • Se biotransforman en el hígado, generando la mayoría de ellos metabolitos activos con una semivida plasmática muy elevada. • Son eliminados por vía renal.

Los efectos adversos de estos fármacos se producen generalmente por una prolongación de la acción farmacológica, afectando principalmente al Sistema Nervioso Central (SNC). Las reacciones adversas más características son cefalea, náuseas, dispepsia, anorexia, insomnio, ansiedad, etc. A diferencia de los antidepresivos de primera generación, los ISRS son bastante seguros en casos de sobredosis, además de carecer de efectos cardiotoxicos y anticolinérgicos.

Inhibidores de la MAO (IMAO). Son los antidepresivos más conocidos. Estos inhiben en forma no selectiva e irreversible a las enzimas MAO-A y MAO-B. MAO-A degrada noradrenalina y serotonina y MAO-B degrada dopamina. Esto permite que los neurotransmisores permanezcan mayor tiempo en el sitio de sinapsis. Los IMAO Actúan preferentemente sobre la MAO-A, generándose efectos secundarios porque se van a ver afectadas todas las monoaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina), incrementando su concentración a nivel periférico. Ejemplos de estos son: brofaromina, harmalina, iproclozida, iproniazida, isocarboxazida, moclobemida, nialamide, fenelzina, selegilina, toloxatona, tranilcipromina. ~246~

Capítulo 25 | Farmacología de los Antidepresivos.

Propiedades farmacológicas: • Se administran por vía oral. • No se administran parenteralmente. • Se absorben con facilidad en el tracto gastrointestinal después de ser ingeridos. • Aproximadamente el 50% de la dosis administrada se une a proteínas plasmáticas. • Se metabolizan abundantemente en el hígado. • Vida media corta. • Eliminan casi completamente por vía renal.

Estos fueron los primeros fármacos de reconocida utilidad en el tratamiento de la depresión, pero más tarde cayeron en desuso debido a su menor eficacia en comparación con los antidepresivos tricíclicos y además, por la existencia de peligro de hepatotoxicidad o de crisis hipertensivas en pacientes que consumieran alimentos ricos en tiramina 1 (“efecto del queso”). Esto se debe principalmente a las consecuencias que genera la inhibición de la MAO, ya que conlleva a la metabolización indebida de las aminas ingeridas en los alimentos, como por ejemplo la tiramina, la cual pasa al torrente sanguíneo en su forma no metabolizada e ingresa a las vesículas sinápticas en las terminaciones noradrenérgicas, desplazando a la Noradrenalina (NA) fuera de la vesícula constantemente debido a su mecanismo de liberación calcio independiente, mol a mol (esto significa que cada molécula de tiramina desplaza a una de NA), lo que genera una fuerte respuesta simpática debido a la salida en exceso de estas aminas a la biofase, lo que puede provocar una elevación abrupta de la presión arterial (30-60 puntos) caracterizada por cefaleas, rigidez de cuello, náuseas, vómitos, sudor, pupilas midriáticas y fotofobia.

Usos terapéuticos: • Depresión mayor unipolar. • Depresión bipolar (en combinación con litio). • Enuresis (alteraciones de la micción). • Déficit atencional con hiperactividad (antidepresivos tricíclicos). • Dolor crónico. • Trastorno severo de la ansiedad (trastorno de pánico, trastorno obsesivo compulsivo, estrés post-traumático).

Antidepresivos duales. También llamados inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina y noradrenalina (IRSN). Estos inhiben la recaptación de serotonina y noradrenalina al bloquear los transportadores de estos neurotransmisores en las neuronas serotoninérgicas y noradrenérgicas. Tanto los antidepresivos tricíclicos como los IRSN inhiben la recaptación de serotonina y noradrenalina, la diferencia radica en que estos últimos presentan una gran selectividad frente a los receptores serotoninérgicos y noradrenérgicos, por lo que no generan tantos efectos secundarios. Además, es importante considerar el hecho de que presentan un mecanismo de acción De la palabra griega tyros, que significa queso. Algunos alimentos ricos en tiramina son el queso añejo, las nueces, las bebidas alcohólicas, la salsa de soya y el café.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología que actúa sobre dos sistemas de neurotransmisión, aumentando su eficacia terapéutica. Ejemplos de estos son: venlafaxina, milnacipram y duloxetina. El más conocido es la venlafaxina, que actúa como inhibidor algo más potente de la recaptación de serotonina que de noradrenalina, y que carece virtualmente de afinidad sobre los receptores muscarínicos o α1- adrenérgicos, lo que determina una ausencia de efectos secundarios anticolinérgicos o hipotensores.

Propiedades farmacológicas: • Generalmente son administrados por vía oral. • Se absorben muy bien por vía gastrointestinal. • Presentan baja unión a proteínas plasmáticas. • Son metabolizadas en el hígado. • Son eliminados por vía renal principalmente. Los efectos adversos más frecuentes de estos fármacos son náuseas, disfunciones sexuales, ansiedad, visión borrosa, sequedad de boca, estreñimiento, cefaleas, temblor.

Lectura recomendada: Capítulos 26, 27, 31 y 32, “Farmacología Humana”, Jesús Flórez. Capítulos 17, 19 y 20, “Las bases farmacológicas de la terapéutica”, Goodman & Gilman.

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A

Farmacogenética y Farmacogenómica

La Medicina ha evolucionado de la Medicina Curativa, a la Medicina Preventiva, y de ésta a la Medicina Predictiva. finales de los 70 se descubrieron las primeras variaciones genéticas que determinabansi un paciente era peor o mejor respondedor para un fármaco, y se empezaron a realizar estudios de diversos componentes farmacocinéticos y farmacodinámicos de muchos medicamentos en personas con idéntica dotación genética, y en personas con dotación genéticasimilar, pero no idéntica y tenemos que alrededor del 85% al 90% de la farmacología depende del patrón genético heredado. De hecho, en mellizos idénticos una gran proporción de gemelos responden idénticamente o tienen una distribución de ciertos fármacos iguales o similares ylos que tienen variaciones, son variaciones que no llegan a ser significativas. En cambio si analizamos mellizos tras administrar un fármaco y vemos cuál es su biodisponibi lidad en el plasma, encontramos diferencias siendo que la dotación genética es altamente coin cidente, pero no idéntica. Esto nos dice que la genética tiene mucho que ver con los procesosfarmacocinéticas y farmacodinámicos.

Figura 1. Comparación de conentración de un fármaco según el genotipo de grupos poblacionales.. Los metabolizadores pobres (PM) e intermedios (IM) requieren menos dosis de un fármaco, al tener mutaciones en los genes encargados de la metabolización, las concentraciones y vida media del fármaco son mayores, en comparación a metabolizadores extenso (EM) y ultra rápidos ( M), que requieren mayores dosis del fármaco. linics in Laboratory Medicine. olume 2 , Issue 4, ecember 200 , Pages 1 2

Cuando tenemos pacientes con el mismo diagnóstico y los tratamos, hay pacientes que no van a responder eficientemente a una terapia farmacológico. Antes de la era de la farmacogenó~249~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología mica, la respuesta que un paciente iba a tener a un tratamiento farmacológico era impredecible, y sin embargo, se prescribían las dosis según el modelo “una misma dosis, es adecuada para todos”. En estos casos en que los pacientes no respondían al tratamiento estándar, se intentaba aumentar la dosis, sin embargo solo se conseguía llegar a niveles tóxicos y presencia de efectos secundarios. La única alternativa posible era tratar fármacos alternativos, y en muchas ocasiones resulta imposible por no existir más tratamientos, o bien si es que existen tienen con costos elevados. También existían pacientes respondedores y no predispuestos a la toxicidad, los cuales se tratan con las drogas o dosis habituales. Y un tercer grupo de pacientes son poco respondedores, pero tienen efectos tóxicos rapidamente, y por tanto se les tiene que tratar con dosis más baja de fármaco, para no obtener efectos adversos.

A raíz de estos hallazgos se empezó a postular que para el metabolismo de ciertos fármacos debiesen existir variaciones genéticas o polimorfismos involucrados. La variación en la eficacia y en su toxicidad de un fármaco, va a depender de los parámetros farmacodinámicos y farmacocinéticas. Los parámetros farmacocinéticas pueden tener variaciones genética en cualquiera de sus puntos: absorción, distribución, metabolización y excreción; siendo la metabolización uno de los procesos más estudiados. Las variaciones farmacodinámicas incluyen variaciones en los sitios de unión al fármaco, con los cuales existen receptores menos o más sensibles a la droga. Por lo tanto surge la alternativa de que podemos determinar ciertos polimorfismos en estos pacientes, para determinar exactamente o con una alta precisión cuál es la dosis o el tipo de fármaco que le podemos administrar al paciente sin riesgo de que tenga efectos tóxicos (figura 2). Esta capacidad predictiva también se ha denominado medicina personalizada.

Figura 2. Ejemplo general de fenotipos en estudios farmacogenéticos. Se muestra un rasgo heredado predominantemente dominante (alelo A), que conlleva una variación en la concentración plasmática de un fármaco en comparación al rasgo recesivo (alelo a). (Drug Metab Rev. 2008; 40(2): 187–224.)

Farmacogenética y Farmacogenómica

A pesar de que ambos términos actualmente se usan indistintamente, no significan lo mismo. ~250~

Capítulo 26 | Farmacogenética y farmacogenómica El término farmacogenética fue publicado por primera vez por Friedrich Vogen en 1959, y abarca el efecto de la herencia sobre la acción de una droga determinada. Es decir, estudia las variaciones individuales en relación a los procesos farmacocinéticos y/o fármacodinámicos (influenciados genéticamente) de un fármaco determinado. El primer ejemplo de esta interacción fue descrita por Pitagoras, 510 AC, quién notó que la ingesta de habas era potencialmente mortal en algunas personas, pero no en todas. Actualmente, a través del uso de la detección del estudio genético, se determina la respuesta individual. Realiza tratamientos médicos al a medida del sujeto, aumentado al efectividad, mientras que disminuye los efectos adversos. Mientras que el término farmacogenómica emergió en 1997, se refiere al uso de genotipeo basado en el ADN para poder orientar en el diseño de la droga de agentes farmacéuticos a poblaciones de pacientes específicas. Combina fármacogenética con estudios genómicos. Usa grandes grupos de pacientes para evaluar cómo las drogas candidatas interactúan con un gran rango de genes y sus productos proteicos.

Polimorfismos genéticos y farmacología.

Los polimorfismos son variaciones en la secuencia de ADN la cual es común en la población general. En este caso un solo alelo no se considera como la secuencia estándar. En vez de esto, hay dos o más secuencias igualmente aceptables. Con ciertas diferencias entre los autores, arbitrariamente el punto de corte entre una mutación y un polimorfismo es 1 % o más de la población. Si la frecuencia es menor a este porcentaje, el alelo es considerado como una mutación. Al realizar estudios clínicos de farmacogenética, el impacto es mayor mientras más frecuente está presente el polimorfismo en la población.

Tipos de polimorfismo Polimorfismos de nucleótidos únicos (Single Nucleotide Polymorphism, SNP) Corresponden a un cambio de sola base nucleotídica (figura 3) Se clasifican en: Polimorfismos no sinónimos: Polimorfismos que cambian la estructura de un aminoácido por otro, lo que se llama en términos genéticos mutaciones sin sentido, a nivel de farmacogenética se llaman polimorfismos no sinónimos. Polimorfismos sinónimos: Polimorfismos done donde no cambia el aminoácido codificado. Polimorfismos no codificantes: Polimorfismo que no codifican o interrumpen, es decir el polimorfismo genera un codón de termino, el quiebre de la estructura. Figura 3. Ejemplo de SNP. A, se muestra un SNP codificante no sinónimo, el cual el cambio CC por GG, conlleva a un cambio del aminoácido codificado. B, se muestra un SNP codificante sinónimo, el cual el cambio GA por AA, codifica el mismo aminoácido. C, se muestra un SNP no codificante, en el cual el cambio de nucleótido en una región intrónica o promotora, no produce alteración de la secuencia de aminoácido codificada.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología Inserciones/deleciones.

Aumento de repeticiones que aumentan o disminuyen los procesos metabólicos relacionados con la degradación o la conservación de las dosis del fármaco. Duplicaciones. Deleciones que también van a alterar la farmacocinética y farmacodinamia.

Variación Farmacogenética en la Farmacocinética: metabolismo hepático.

Los principales o los efectos más estudiados hasta el momento en farmacogenética van de la mano de la metabolización de los fármacos, específicamente del metabolismo hepático: los fenómenos de fase 1 y fase 2, que conllevan en la fase 1 a la producción de metabolitos intermediarios (menos o incluso más activos), y en la fase 2 a la eliminación del fármaco.

Metabolismo Hepático • Fase 1 Oxidación Hidrólisis Reducción

• Fase 2 Glucuronización Metilación Acetiliación Sulfatación Aminoacidación Glutatotionización

Fase 1: CYP450 La superfamilia de enzimas que por excelencia metabolizan fármacos es la del citocromo P450 hepático o “CYP”. Existen CYP en otras partes del cuerpo, pero están ubicadas principalmente en el hígado. Las CYP son enzimas vitales en el metabolismo oxidativo, peroxidativo, reductivo, de numerosos compuestos endógenos y exógenos. Son aquellas enzimas que causan un cambio en la molécula del fármaco (mediante reacciones de reducción, oxidación, o hidrólisis) (Silva, H. 2006).

Dada la gran cantidad de las CYP, se clasificaron según su homología aminacídica. En esta familia las variaciaciones protéicas son muy numerosas y distintas.

Familia: Aquellas proteínas que tienen más de un 40% de homología se denominan familia, con un número arábigo: 1, 2, 3, etc. (son más de 50 familias actualmente.). Por ejemplo: CYP 1, CYP 2, etc.

Subfamilia: Las subfamilias comparten un 55% de homología se denominan con una letra mayúscula: A, B, C. etc. ~252~

Capítulo 26 | Farmacogenética y farmacogenómica Enzima: El número arábigo después de la letra mayúscula identifica la enzima.

Ejemplo: la familia CYP2, tiene las subfamilias: CYP2C, CYP2D, CYP2E. Un ejemplo de enzima de esta familia es CYP2E1, la cual metaboliza el Acetaminofeno (paracetamol). Recordemos que los genes se escriben en cursiva, mientras que la proteína o enzima no. Los alelos de un gen CYP se asignan con un asterisco: Por ejemplo, CYP2C9*2, corresponde al citocromo p450 Familia 2, subfamilia C, Enzima 9, alelos 2.

Una de las variaciones entre los individuos en relación a los CYP, es la cantidad de copias del alelo, por inserciones, que determina la cantidad de enzimas funcionando y la velocidad de metabolización de los fármacos. En la figura 4, los que tienen “0”, no tienen el gen, y la concentración plasmática de fármaco metabolizado por ese gen es mayor, lo que disminuye drásticamente conforme existen un número mayor de genes funcionales. En este ejemplo, Nortriptilina es un antidepresivo tricíclico, del cual un paciente con mayor cantidad de copias del CYP2D6 eliminará más rápidamente el fármaco, sin tener efecto terapéutico a dosis estándares.

Figura 4. Concentraciones plásmaticas promedio de nortriptilina, en grupo de sujetos con diferentes números de genes CYP2D6 activos, después de recibir una dosis oral de Nortriptilina. El número de genes CYP2D6 portados por los individuos se muestran sobre la curva. (Trends in Pharmacological Sciences. 1999; 20 (8): 342-349.)

Otra variación corresponde a la actividad enzimática según el alelo presente. En la figura 5, tras la administración de una dosis inicial y varias dosis de mantención del anticoagulante warfarina, el estado estacionario se logra a concentraciones menores, y en menos días de tratamiento, cuando está presente el alelo *1 del gen CYP2C9. En cambio el alelo *3, tiene una actividad enzimática menor, lo que conlleva a la acumulación del fármaco en la sangre tras dosis sucesivas, con el riesgo de anticoagular excesivamente al paciente y que presente hemorragias.

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Figura 5. Simulación asistida por computadora de concentración plasmática de warfarina, tras la administración intermitente de 3.4 mg de warfarina racémica en pacientes representativos de Japón. Las curvas representan genotipos CYP2C9*1/*1 (línea inferior), CYP2C9*1/*3 (línea media) and CYP2C9*3/*3 (línea superior). Los pacientes recibieron una dosis inicial de 10 mg, seguido por dosis de mantención de 3.4 mg. La simulación se llevó a cabo asumiendo que los pacientes tienen un clearence oral total 0.34, 0.11, y 0.034 l/h, respectivamente, 7.4 l de volumen de distribución y una biodisponibilidad oral de uno. La línea horizontal punteada representa el valor promedio del estado estacionario de concentración de warfarina con una dosis de 6.1 mg en población caucásica y la línea solida representa una dosis de 3.4 mg/día en una población promedio de japoneses. (The Pharmacogenomics Journal (2003) 3, 202–214)

Figura 6. Concentraciones plasmáticas del agente antituberculosos isoniazida en 267 sujetos 6 horas después de administración oral. La distribución bimodal resulta de los polimorfismos en los genes que codifican la N-acetiltransferasa-2 (NAT2), la cual cataliza el metabolismo de isoniazida. (Nat Rev Drug Discov. 2004 Sep;3(9):73948.)

Polimorismos farmacogenéticos de CYP2D6, CYP2C9, y CYP2C19 en población mixta chilena El 70% de los fármacos más usados en clínica son metabolizados por las sub familias C y D Citocromo P-450. El CYP2D6 participa en la biotransformación de antidepresivos tricíclicos e inhibidores selectivos de recaptación de serotonina. CYP2C9 y CYP2c19 metabolizan anticonvulsivantes y antidepresivos, entre otros. Los genes CYP presentan variación en todas las poblaciones estudiadas, originando individuos con diferente potencialidad biotransformadora de fármacos (metabolizador lento PM, Intermedio IM, Extenso EM, o últrarápido UM). ~254~

Capítulo 26 | Farmacogenética y farmacogenómica Un estudio reciente muestra que las frecuencias genotípicas y alélicas para CYP2D6, CYPC9 y CYP2C19 en 200 pacientes de la Clínica Las Condes, con 90% mezcla caucásica y que en 200 pacientes del Hospital San José con 55% mezcla caucásica, las frecuencias de los alelos no funcionales fueron: CYP2D6 CYP2C9

CYP2C19

*4 *5 *2 *3 *2 *3

CLC 0,13 0,03 0,09 0,02 0,08 0,07

HSJ 0,1 0,03 0,04 0,06 0,04 0,06

Tabla 1. Distribución alélica de CYP450 en población chilena. CLC: Pacientes Clínica Las Condes, 90% mezcla caucásica (n = 200). HSJ: Hospital San José, 55% mezcla caucásica (n = 200) (Acuña M. et al, 2011)

Los tres genes se encuentran en equilibrio de Hardy-Winberg (tabla 1). Los resultados indican diferencias en las frecuencias de ciertos alelos, probablemente estas se deban a diferencias étnicas entre ambas poblaciones, lo que conlleva a distintos riesgos de Reacción Adversa Medicamentosa.

Fase 2: Conjugación En la segunda fase del metabolismo hepática se realizan reacciones de conjugación que por regla general inactivan al fármaco, a través de enzimas transferasas. Suelen actuar sobre el grupo reactivo introducido en la fase 1, con adición de ácido glucorónico, sulfato, acetilos, metilos, glutatión o de aminoácidos, para su eliminación. En la figura 6 se muestra la variación en acetilación de Isionazida, un fármaco usado en el tratamiento de la Tuberculosis, en individuos acetiladores rápidos y lentos.

Figura 7. Venodilatación promedio (± error estándar) durante infusión continua de Isoproterenol (desensibilización) en tres grupos de sujetos. Se encontró una interacción significativa entre genotipo y respuesta a la infusión continua de isoproterenol (p=0.03). Sujetos que eran homocigotos para Arg16 y Gln27 tuvieron una desensibilización significativa (P=0.006), mientras que los sujetos que eran homocigotos para Gly16 y Gln 27 y aquellos que eran homocigotos para Gly16 y Glu27 no tuvieron desensiblización en el tiempo (P=0.56 y P=0.11, respectivamente). N Engl J Med 2001; 345:1030-1035

~255~


Figura 8. Relación entre variación del promotor de UGT1A1 y efectos adversos en el tratamiento con Irinotecan. A, Irinotecan es una droga antineoplásica que inhibe la actividad de la Topoisomerasa I y es usado para tratar el cáncer de colon. Existe una competencia por sustrato entre las enzymas CYP3A, la cual inactiva irinotecan, y la carboxilesterasa (CE), la cual activa irinotecan. La activación a SN-38 es requerido para el efecto antitumoral. En el hígado, la uridin-difosfato glucoronosiltransferasa 1A1 (UGT1A1) transfiere ácido glucorónico del cofactor UDP-ácido glucorónico (UDP-G) al SN-38 (formando SN-38-G), por lo tanto inactivando el SN-38. El SN-38G es entonces eliminado hacia la bilis. En el caso de una actividad baja del UGT1A1, la acumulación de altos niveles de SN-38 causa efectos adversos: al acumularse en el intestino produce diarrea y en la médula produce leocupenia. B, Polimorfismos en UGT1A1 afectan la terapia de irinotecan. En la región promotora del gen UGT1A1, la presencia de siete repeticiones TA (el sitio de unión del factor de transcripción TFIID) está asociado con niveles reducidos de actividad UGT1A1 cuando se compara con promotores que contienen seis repeticiones TA. La expresión reducida del UGT1A1 previene la glucorinidación de SN-38, y por tanto SN-38 se acumula. No desconoce si el polimorfismo del UGT1A1 está asociado a una eficacia de la terapia de irinotecan. Nature Reviews Cancer 1, 99-108 (Nov 1, 2001)

Variación Farmacogenética en la Farmacodinamica: receptores.

Los polimorfismos en los receptores son abundantes, algunos de los cuales aún no se descubren porque los polimorfismos no solo pueden estar en las regiones codificantes, sino que también pueden estar en las regiones promotoras o en las UTR. Por lo tanto se requiere de un análisis exhaustivo, publicándose los primeros hallazgos desde el 2005, pero con crecimiento exponencial desde entonces a la fecha. Por ejemplo se han encontrados polimorfismos para los receptores β adrenérgicos. En uno de ellos hay una sustitución de glutamina 27 por glutamato 27, donde los homocigotos para la variante glutamina tienen menos respuesta venodilatadora a isoprotenerol que la variante glutamato (ver figura 7). Otro polimorfismo tiene una sustitución de arginina 16 por glicina 16 también en el sitio de unión a ligando, lo que permite a los homocigotos para la variante arginina responder mejor broncodilatadores agonistas β adrenérgicos, como por ejemplo el salbutamol, pero al mismo tiempo se bloquee la respuesta venodilatadora con isoprotenerol de forma más eficiente de que los heterocigotos, u homocigotos para la variante de glicina. ~256~

Capítulo 26 | Farmacogenética y farmacogenómica

Finalmente, en el siguiente ejemplo se aplican los conceptos de polimorfismos, biotransformación (fase 1 y 2), y efectos adversos secundarios al polimorfismo. Los polimorfismos también son importantes en la terapia anticancerígena, por ejemplo, en pacientes a los que se les administra un antineoplásico que se llama Irinitecan, el cual es metabolizado por el hígado y se biotransforma por adición de gluconato. En pacientes que presentan 7 o más repeticiones TA en el gen, tienen una baja expresión de la enzima, y por lo tanto un bajo nivel de glucoronidación, lo que conlleva a que la droga permanezca más tiempo en el torrente sanguíneo. Por lo tanto a estos pacientes se les corrige las dosis, se disminuye de manera de obtener una concentración dosis deseada para tratar cáncer de colon con menos efectos adversos (figura 8). “El traspaso de las tecnologías actualmente empleadas en el ámbito de la investigación a la práctica clínica cotidiana parece ser solo una cuestión de tiempo. Los clínicos deben estar preparados para asimilar los nuevos conocimientos y técnicas” (Dr. Hernán Silva, 2007) Lectura recomendada

Silva, Hernán. Genética y farmacogenómica en Psiquiatría. C&V Ediciones, Santiago de Chile. Primera Edición. Octubre 2007

Daniel W. Nebert, Ge Zhang, and Elliot S. Vesell. From Human Genetics and Genomics to Pharmacogenetics and Pharmacogenomics: Past Lessons, Future Directions. Drug Metab Rev. 2008; 40(2): 187–224.

Magnus Ingelman-Sundberg,Mikael Oscarson,Roman A McLellan. Polymorphic human cytochrome P450 enzymes: an opportunity for individualized drug treatment. Trends in Pharmacological Sciences. 1999; 20 (8): 342-349. H Takahashi and H Echizen. Pharmacogenetics of CYP2C9 and interindividual variability in anticoagulant response to warfarin. The Pharmacogenomics Journal (2003) 3, 202–214

Richard Weinshilboum and Liewei Wang. Pharmacogenomics: bench to bedside. Nat Rev Drug Discov. 2004 Sep;3(9):739-48.

Dishy , Victor , M.D. Sofowora , Gbenga G. , M.D. Xie , Hong-Guang , M.D. Kim , Richard B. , M.D. Byrne , Daniel W. , M.S. Stein , C. Michael , M.D. Wood , Alastair J.J. , M.D.The Effect of Common Polymorphisms of the β2-Adrenergic Receptor on Agonist-Mediated Vascular Desensitization N Engl J Med 2001; 345:1030-1035.

Mary V. Relling & Thierry Dervieux. Pharmacogenetics and cancer therapy. Nature Reviews Cancer 1, 99-108 (November 2001). Mónica Acuña P, Eirc Pinto T. YOhanna Hernnández Q. Paulina Olivares V. Lucía Cifuentes ~257~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología O. Polimorismos farmacogenéticos de CYP2D6, CYP2C9, y CYP2C19 en población mixta chilena. LXVI Congreso Chileno de Neurología, Psiquiatría, y Neurocirugía. Noviembre 2011. Año 65, VOL 49, Suplemento N°1. Laboratorio de Epidemiología Genética, Programa de Genética Humana, ICBM, Facultad de Medicina, Universidad de Chile.

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27

CAPITULO

P

Ejercicios de Genética y Farmacología

odemos decir que la genética nació con Mendel al proponer en 1865 que los caracteres no se mezclaban en la descendencia sino que existía algún tipo de unidad transmisible de naturaleza particular. El conocimiento de la genética actual posibilita desarrollar técnicas que permiten explorar el genoma de un individuo, su estructura y su expresión a gran escala, para buscar variantes relacionadas con enfermedades o con predisposición a las mismas. A disposición del médico general están las pruebas genéticas y el consejo genético para proporcionar a las familias una información objetiva de las enfermedades con componente genético, sus riesgos y tratamientos (Farreras, 2009). Según Walker (1998), la estrategia para resolver los problemas de Genética debe responder las siguientes preguntas: • ¿Cuál es la pregunta a responder? • ¿Qué información ya se conoce? Hacer diagrama, tablero de Punnet. • ¿Qué información falta? • ¿Qué información parece extraña? • ¿Qué símbolos utilizaré para cada gen? • ¿Cuáles son las hipótesis posibles que responderán la pregunta? Siguiendo este esquema, cualquier problema de genética se resolverá fácilmente. A continuación se presentan algunos problemas de Genética seleccionados, con su respuesta.

1. Se cruzan varios ratones del mismo genotipo y producen una progenie de 28 ratones negros y 9 blancos. ¿Qué puede inferir acerca del genotipo de los progenitores? Si la proporción de ratones negros respecto de blancos es aproximadamente 3:1 (28/9 = 3.11), entonces podemos inferir que el genotipo para el color de pelo negro de uno de los progenitores es dominante homocigoto (NN) y para el blanco es recesiva (nn), ya que esa descendencia es característica de un cruce heterocigoto monohíbrido (Nn x Nn).

2. La Talasemia, es un tipo de anemia humana bastante frecuente en los pueblos del Mediterráneo y relativamente rara en otras poblaciones. Esta enfermedad se presenta en dos formas, una menor, y otra mayor. Los individuos gravemente afectados por ellas son homocigotos para un gen (cc). Las personas menos afectadas (talasemia menor) son heterocigotas (Cc). Las personas que no presentan la enfermedad son homocigotas para el alelo normal (CC). (Gene map locus: 11p15.5, OMIM: 141900). Los siguientes problemas se refieren a la talasemia y su herencia. ~259~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología Un hombre con talasemia menor se casa con una mujer que es normal:

cia?

a. ¿Qué tipos de hijos y en qué proporciones pueden encontrarse en la descenden-

Si los padres son Cc x CC, los hijos serán CC y Cc en una proporción de 1:1 (normales: talasemia menor). b. Represente en un tablero de Punnet, la unión de las células germinales de este matrimonio.

En una familia, tanto el padre como la madre están afectados de talasemia menor. c. ¿Cuál es la probabilidad de que su hijo esté gravemente afectado?, ¿medianamente afectado? ¿Que sea normal? Si los padres son Cc x Cc (ambos con talasemia menor), entonces, la probabilidad de que un hijo esté gravemente afectado es de un 25% (cc), el 50% estaría medianamente afectado (Cc) y un 25% sería sano (CC). lia.

d. Haga un esquema de las posibles uniones de las células germinales de esta fami-

e. Si una persona está gravemente afectada (cc), ¿cómo podrían ser los genotipos de los padres? Para tener un hijo con talasemia mayor, los padres podrían ser: (1) ambos con talasemia mayor (cc x cc); (2) uno con talasemia mayor, y el otro con talasemia menor (cc x Cc); o (3) ambos con talasemia menor (Cc x Cc). ~260~

Capítulo 27 | Ejercicios de Genética y Farmacología 3. En una especie diploide se tiene una serie de 4 alelos para un locus autosómico, denominados: A1, A2, A3 y A4. Considerado este locus, determine cuántos alelo están presentes en: a. ¿Un cromosoma? Para un cromosoma determinado en un locus, puede haber sólo un alelo; aunque existan más alternativas. b. ¿Un par cromosómico? En un par cromosómico, por la misma razón anterior, existirán solo 2 alelos. c. ¿Un individuo de la especie? En un individuo de la especie, 2 alelos. 4. En la siguiente genealogía, indique el tipo de herencia más probable. Fundamente.

Herencia de tipo Dominante Ligada al Cromosoma X. Los varones afectados (II.2) transmiten el carácter a todas sus hijas mujeres (III.3, III.4), pero a ninguno de sus hijos varones. Las mujeres afectadas (I.2, II.4) tienen un 50% de probabilidades de transmitir el gen a toda su descendencia independiente del sexo (II.2, II.4; III.5, III.8).

5. En un hospital nacieron tres niños el mismo día y sus grupos sanguíneos fueron O, A y AB. Los grupos sanguíneos de los tres pares de padres fueron: O y AB; A y O; A y B. Asigne a cada pareja de padres el niño que le corresponde. Padres

Niño

O y AB

A

AyO

O

AyB

AB

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología 6. Aplicación de X2 en el mendelismo El maíz es una planta que se puede cruzar con facilidad y así estudiar herencia. En la foto se muestra parte de una mazorca, obtenida cruzando dos individuos de diferentes cepas.

a. ¿A qué cepas corresponde cada grano de la Mazorca desde un punto de vista biológico? ¿Qué relación genética existe entre los granos de esta mazorca? Desde un punto de vista biológico, cada grano de la mazorca corresponde a un individuo y el total, a una población mendeliana. La relación genética entre los granos corresponde al parentesco de hermanos.

b. Usted observa parte de una mazorca, en la que puede reconocer diferentes de granos de maíz (fenotipos): colores negro y amarillo; texturas rugosa y lisa, y las combinaciones de éstos: negro liso, negro rugoso, amarillo liso y amarillo rugoso. Determine la cantidad de éstos. El número de granos observados para cada uno de los fenotipos: Negro liso= 46, negro rugoso= 18, amarillo liso= 22, y amarillo rugoso= 4.

Figura 1. Parte de una mazorca en que pueden reconocerse diferentes fenotipos.

c. Interprete. Los números de individuos que en cada fenotipo se presentan en una cierta proporción. Supongamos que estos fenotipos están determinados genéticamente, ¿Cuál es la proporción mendeliana más parecida a la obtenida por Ud.? La proporción más parecida a la obtenida es 9:3:3:1, clásica del dihibridísmo mendeliano.

d. De acuerdo con esta hipótesis, ¿cuántos genes pueden postularse? Desígnelos con letras mayúsculas y minúsculas. Se pueden postular dos pares de genes. N = negro, n = amarillo; L = liso, I = rugoso.

e. Entonces, ¿Cuáles serían los tipos de los dos padres? Los dos padres son heterocigotos para ambos caracteres: NnLl x NnLl.

f. Si la hipótesis postulada es verdadera y sin haber errores de muestreo, ¿cuántos individuos de cada genotipo espera encontrar exactamente al considerar el número total N? Confeccione en una hoja aparte una tabla similar a la tabla 1. Anóte los genotipos esperados en la columna tres. Comparé con columna dos.

Tabla 1

~262~

Capítulo 27 | Ejercicios de Genética y Farmacología La prueba de X2 Por razones del azar, los números observados y esperados no coinciden exactamente. Es posible evaluar cuantitativamente la hipótesis que predice las cifras esperadas. Esto se logra a través de un número (llamado X2, se pronuncia chi cuadrado) que dice cuán cerca o cuán lejos están los valores observados con respecto a los esperados. El X2 se calcula, tomando las desviaciones entre lo observado y lo esperado (su diferencia), elevándolas al cuadrado, dividiendo por lo esperado y sumando todas estas diferencias. Esta suma es el X2. Si los resultados observados se desvían poco de lo esperado según la hipótesis, dicha suma se acercará a 0; si se desvían mucho, este X2 será muy grande. Corrientemente se aceptan desviaciones de hasta un 5% de error. El valor máximo de X2 se consulta en una tabla de X2 (ver tabla 2), la que presenta valores que varían según los correspondientes grados de libertad, los que usualmente corresponden a Z-1, siendo el zeta el número de clases distintas, en este caso los distintos fenotipos. g. Calcule el valor de X2 para sus datos. Complete la tabla 1. El X2 es: 2,218.

h. ¿Cuál es el valor de X2 máximo para aceptar la hipótesis planteada con un margen de un 5% de error? Léalo en una Tabla de X2. Para un margen de 5% de error el X2 máximo esperado, leído en la tabla respectiva es 2,37 para aceptar la hipótesis.

i. Acepte su hipótesis si el X2 obtenido por usted es menor que la cifra obtenida en la tabla. Rechaza su hipótesis si es mayor (significa que sus datos se han desviado demasiado de lo esperado). La hipótesis planteada, ¿es aceptada o rechazada? Se acepta la hipótesis, dado que el X2 obtenido es 2,218, menor que el obtenido para un 5% de error.

Tabla 2. Distribución de X2.

Para 3 grados de libertad (grados de libertad= Z-1, donde Z son es el número de fenotipos), con un 5% de error, el valor de X2 tabulado es 2,37. ~263~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología 7. Epistasis El cruce entre dos ratas negras de genotipo idéntico produjo la siguiente descendencia (80 ratas): 14 de color crema, 47 negras y 19 albinas. a. ¿A qué proporción epistática se aproximan la progenie? Para encontrar la proporción fenotípica, suponiendo una interacción entre dos parejas de genes y por lo tanto 16 combinaciones genéticas, se pueden hacer las siguientes relaciones: 14/80 = a/16 47/80 = b/16 19/80 = c/16 En donde la proporción sería: 2,87 crema, 9,4 negras y 3,8 albinas Ordenando y aproximando, nos resulta una proporción de9:3:4.

b. ¿Qué tipo de epistasis opera? La proporción 9:3:4 es característica de una Epistasis Simple Recesiva, en donde el genotipo recesivo en un locus suprime la expresión de los alelos del otro locus; por lo tanto, los genotipos aa__ darán un fenotipo y los A_B_ y A_bb producen dos genotipos adicionales. c. ¿Cuáles son los genotipos de los progenitores y de la descendencia?

d. Dibuje la vía metabólica.

8. Sistema HLA (Human Leukocyte Antigen) Dado un individuo fenotipo HLA A1 A2 B5 B8 Cw4 Cw7 a. ¿Qué antígenos HLA presenta en sus glóbulos blancos? Antígenos: HLA A1, A2, B5, B8, Cw4, Cw7 b. ¿Cuál es su genotipo? Genotipo: HLA A1A2 B5B8 Cw4Cw7 c. ¿Cuáles son sus haplotipos? No existe información suficiente para conocer el haplotipo.

~264~

E

Capítulo 27 | Ejercicios de Genética y Farmacología

EJERCICIOS DE FARMACOLOGÍA

n este ejercicio observará cómo varían las concentraciones tras la administración de un fármaco vía oral, en función la dosis, biodisponibilidad, vida media, y volumen aparente de distribución. Propanolol es un bloqueante de receptor beta adrenérgico no selectivo. Su vida media es variable entre individuos, lo que hace necesario titular la dosis (adecuar la dosis a cada paciente).

a. Tras administrar una dosis de 10 mg propanolol Vía Oral (V.O.), calcule los siguientes parámetros farmacocinéticos: Dosis, Absorción, Biodisponibilidad, Concentración Plasmática. La dosis está en el mismo enunciado, siendo una dosis de 10 mg V.O. Absorción: Como se estableció antes, se absorbe un 100%. Por lo tanto se absorben 10 mg. Una vez absorbido a nivel intestinal, el fármaco viaja vía porta hacia el hígado, donde tiene una elevada extracción hepática (64%). Biodisponibilidad: Debido a la extracción hepática, pasan a la sangre 36% de lo absorbido = 3.6 mg. Concentración plasmática: Luego, esta cantidad del fármaco es diluida en el plasma, según el volumen aparente de concentración. Entonces, la concentración plasmática = 3.6 mg/240000 ml = 0.000015 mg/ml Podemos pasar de [mg/ml] a [nanog/ml]: 0.000001 mg = 0.001 ug = 1 ng. 0.015 microg/ml = 15 ng/ml.

b. Calcular la concentración plasmática tras 24 horas de una dosis de 40 mg (V.O.) para un paciente cuyo clearance es rápido (vida media de 3 horas). En esencia en este ejercicio debemos hacer lo mismo. Calcular a partir de la dosis de 40 mg vía oral, la absorción, biodisponibilidad, y concentración plasmática. En seguida, tendremos que calcular la concentración remanente luego de cada vida media, hasta completar las 24 ~265~

Genética Médica e Introducción a la Farmacología horas. Damos la dosis de inicio: 40 mg V.O. Concentración plasmática: 4 x 15 ng/ml = 60 ng/ml. Aplicar vidas medias: Por ejemplo, comenzando con la concentración de 60 ng/ml, luego de 3 horas pasará una vida media, es decir, la concentración disminuye a la mitad, 30 ng/ml:

c. Calcule la concentración plasmática para un individuo cuyo clearance es lento (vida media de 6 horas), durante los 3 primeros días de tratamiento (Dosis Día 0: 40 mg. Dosis Día 1: 80 mg. Dosis Día 2: 80 mg v.o.). Responder en la tabla. Usar 2 decimales. En este ejemplo la vida media es mayor, debido a que el paciente es un metabolizador lento. La dosis del día 0 es igual que del caso anterior, así que podemos obtener algunos datos de ahí.

En el día 1, la dosis es distinta y mayor, de 80 mg. Debemos calcular la concentración plasmática tras la administración de 80 mg de propanolol. Luego debemos sumar la concentración remanente del día anterior. Para este ejercicio se asume que la velocidad de absorción por vía oral es inmediata.

Tras administrar 80 mg, la concentración plasmática son 120 ng/l. Sumamos el remanente de ~266~

Capítulo 27 | Ejercicios de Genética y Farmacología la dosis del día anterior: 3.75 ng/dl + 120 ng/dl = 123.75. Luego aplicamos las vidas medias. Al finalizar 48 horas desde el comienzo del experimento, quedan 7.73 ng/l de propanolol en el plasma.

En el día 2 volvemos a administrar 80 mg de propanolol.

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Genética Médica e Introducción a la Farmacología

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