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Tema 1. IntroducciónLa genética humana es una ciencia aplicada pero también es una ciencia fundamental, la genética esta basada en una poderosa y penetrante teoría, es una ciencia fundamental porque esta basada en todos los principios de la genética ya conocidos ( genética de transmisión, genética m...

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Tema 1. Introducción La genética humana es una ciencia aplicada pero también es una ciencia fundamental, la genética esta basada en una poderosa y penetrante teoría, es una ciencia fundamental porque esta basada en todos los principios de la genética ya conocidos ( genética de transmisión, genética molecular, genética de poblaciones…) y es una ciencia aplicada porque esta muy enfocada al estudio de las enfermedades humanas, sesgo en el estudio de los genes hacia las enfermedades, preocupación del hombre por las enfermedades. La profundidad de una teoria parte de lo que se denomina la existencia de elevados “constructos”, en el caso de la genética humana los constructos son los genes, también para definir la profundidad de una teoria se necesita un mecanismo, en la genética es la transmisión de la información de generación en generación y la transmisión de información molecular, estos mecanismos son universales ( el código genético es un código universal, los fenómenos de transcripción y traducción son universales…). Por lo tanto esta teoria tiene un gran poder de explicación, porque entendiendo la base molecular de la transferencia de la información molecular podemos entender la evolución de las diferentes especies, lo que aprendemos en el estudio de una especie nos permite extrapolar y entender mecanismos en otra especie. ¿Como se desarrolla una ciencia? (Kuhn (1962) “the structure of Scientific Revolution”) Kuhn habla de un primer estado protocientífico, en la genética esto ocurrió a mediados del S.XIX, fenómeno de la herencia, hay un momento en este desarrollo que es cuando los científicos se plantean el problema de la herencia, como se transmite la información de un individuo a otro, se desarrolla un paradigma, concepto del gen de Mendel que es un concepto abstracto, Mendel no conocía los cromosomas ni el adn, pero fue capaz de identificar las unidades de la herencia. A partir de tener el paradigma surge una teoría científica esto ocurre en la genética entre 1900-1910 con el redescubrimiento de los trabajos de Mendel y llegan a conclusiones similares, en ese momento ya tenemos una normal science, antes de esto la biología era una ciencia descriptiva basada en la observación, nunca a través de la experimentación, a partir de Mendel se introduce el método científico y por eso pasamos a normal science. Garrod fue un investigador, medico y químico que se intereso por la enfermedad de la alcaptonuria que hace que la orina cambie de color en contacto con el oxigeno, eso es una manifestación de la enfermedad, estas personas tienen diversos problemas renales. Garrod se da cuenta de que esto se produce por una serie de reacciones químicas, mas tarde se encuentra con un investigador genético y este investigador viendo los pedigríes de las familias se da cuenta de que es una enfermedad con base genética y lo convence de que lo que subyace debajo de esta reacciones químicas es el gen del que hablan otros investigadores, primera vez que se hace esa relación ( 1 gen 1 enzima). 30 años después tenemos la teoría de 1 gen 1 enzima y los autores que trabajaron en eso recibieron el premio nobel basándose en la idea de Garrod, fueron capaces de demostrar la proposición de que detrás de cada enzima había un gen. Antes de Mendel si hubo descripción de la herencia de algunas enfermedades pero nunca se entendía la base genética y algunos investigadores como Galton estudiaba la herencia de un carácter muy complejo, el talento, y la estudiaba a través de métodos estadísticos, no llega a ninguna conclusión pero es muy interesante el abordaje que hace de los métodos estadísticos para estudiar un carácter humano. A través de las propuestas de Galton se establece en la comunidad científica un debate muy importante acerca de la genética y el ambiente, la naturaleza lo que heredamos y el ambiente.

Historia de la genética humana: Lucha entre dos paradigmas A principios de 1900 se establecieron como dos paradigmas, por un lado el concepto de gen de Mendel y los redescubridores de los trabajos de Mendel que mas tarde desembocara en la genética molecular y por otro lado los investigadores que trabajaban en genética de poblaciones se basaban en la biometría en los estudios estadísticos y en los estudios de las poblaciones, durante un tiempo fueron independientes estos dos paradigmas pero ya en 1930 estas dos líneas se acaban uniendo, cuando se puede a través de diferentes experimentos que determinados caracteres complejos tienen una base genética de genes que están segregando/transmitiendo de unos individuos a otros. El primer éxito de la genética mendeliana en humanos (entorno a 1940) es la determinación de la base genética del sistema AB0, tenemos un gen que puede tener varios alelos en la población (alelismo múltiple) el alelo A el alelo B y el alelo 0, cada individuo tiene dos alelos de estos, A y B son dominantes respecto al 0 y entre ellos codominantes. Quien descubre esto es Berstein (Serie The Nick). De los años 40 a los 50 se desarrolla la biología molecular que tiene una gran influencia sobre la genética humana. Pauling describe la anemia falciforme explica que esta debida a un cambio en un aminoacio en una proteína y esto esta determinado por un gen. En los años 50-60 se desarrolla la citogenética se empiezan a ver anomalías cromosómicas, se identifica el síndrome de down entre otras A partir de los años 60-70 se tiene un diagnostico prenatal a través de la técnica de la amniocentesis.

Las ventajas y desventajas de la especie humana en la experimentación. Las desventajas son mayúsculas, en la especie humana no podemos dirigir los cruzamientos aunque podemos tener datos indirectamente, no por cruzamiento dirigido sino por cuestiones culturales, como las dinastías europeas donde hay muchos cruzamientos entre parientes cercanos, pudiendo entender la consanguinidad… no es una experimentación en el sentido clásico pero podemos obtener datos. Las ventajas son que tenemos una información inmensa, al hombre le preocupa las enfermedades, siempre se ha invertido mucho trabajo en entender las enfermedades humanas, tenemos un gran conjunto de datos, desde que disponemos de la información del genoma humano se descubren multitud de cosas que no sabíamos en un primer momento, partiendo de aquí tenemos muchas ventajas mucha información a nivel molecular y a nivel de genética de poblaciones.

Tema 2. Modelos de herencia mendeliana: genes autosómicos y ligados al sexo Cromosomas del par 1 al 22 son los pares autosómicos y el par 23 es el par sexual. Introducción: Archibald Garrod y la alcaptonuria Garrod nació en 1857 y muere en 1936, se le considera el padre de la genética medica, estudiando la enfermedad de la alcaptonuria, un individuo que tienen un fallo en un gen que hace que la orina en contacto con el aire se vuelva negra. Garrod era medica y químico se interesaba mucho de las reaciones, estaba estudiando una serie de familias en las que determinados individuos de las familias tenían esta enfermedad, el tomaba series de datos, hacia pedigríes… no pensando en la genética sino para tener los datos de estas familias y pretender entender este problema. Entorno a 1910 Garrod se encuentra con Bateson en un tren en Inglaterra y le cuenta Garrod lo que esta viendo en estas familias Bateson se pone a ver los pedigríes y se da cuenta de que hay una base genética clara y que se hereda mendelianamente, se lo explica y Garrod lo acepta, después Garrod presenta la teoría un gen una enzima.

Las enfermedades monogénicas pueden estudiarse a diferentes niveles:    

A nivel Fenotipico (termino muy amplio puede ser una característica morfología, algo a nivel molecular como el sistema AB0, comportamiento… no es solo la morfologia) A nivel del defecto metabólico Del producto genico alterado, si tenemos o no una proteína alterada Mutaciones en el Gen (Gen mutado)

Panorama de las enfermedades monogénicas En las enfermedades monogénicas hay todo tipo de mutaciones: substituciones, inserciones, delecciones, duplicaciones, pauta de lectura, sin sentido, splicing, expansiones trinucleotidicas… Se han identificado mas de 2500 mutaciones en el genoma humano (mas del 10% del genoma humano) Afectan a todo tipo de proteínas, estructurales, enzimas, de membrana, reguladores transcripcionales… Estas enfermedades pueden afectar a cualquier tipo de tejido y de célula. Se han descrito diferencias étnicas, enfermedades que están en algunas población y que son raras en otras, como la enfermedad de Tay-sachs ( que se da en judíos Ashkenazi, muy escasa en otras poblaciones), la fibrosis cística mas común en europeos del norte… El efecto de las enfermedades lo podemos tener ya desde el feto, o desarrollarse en la adolescencia o la madurez. Por ejemplo en el caso de Huntington se desarrolla en la madurez. 1/3 de estas mutaciones no tienen un efecto clínico importante, otro tercio causan una disfunción severa y el resto tiene efectos moderados o suaves.

De 413 nacidos lo que mas vemos son autosómicos recesivos, los autosómicos dominantes son menos numerosos, la razones es que si la enfermedad es muy grave el autosomico dominante no suele tener descendencia o tiene menos, los que están ligados al sexo también son menores porque solo hay un par de cromosomas sexuales y por ultimo están las determinadas por errores en los genes mitocondriales o enfermedades mitocondriales, una enfermedad mitocondrial puede estar determinada por los genes de las mitocondrias o por genes nucleares relacionados con las funciones mitocondriales.

Enfermedad de Huntington (HD, Huntington disease)     

Etiología Gen Proteína Aspectos clínicos Detección y consejo genético

-Etiología HD Causada por una mutación en el gen HD, localizado en el extremo del brazo corto del cromosoma 4, hay una gran diferencia en cuanto a la prevalencia en los europeos es 1 de cada 20000 y en el caso de los asiáticos (en la diapo Japón) es 1 de cada 250000. Es un gen autosómico dominante con penetrancia completa, la penetrancia es el tanto por cien que se expresa de ese gen a nivel fenotípico, si por ejemplo una persona tiene una mutación en el gen HD va a tener la enfermedad de Huntington si o si (penetrancia completa), en el caso de otra enfermedad en la que una persona tiene un gen mutado, pero solo en algunos que tienen el gen mutado tienen la enfermedad a eso se le denomina penetrancia incompleta.

Nancy Wexler, es una investigadora que trabajo con los pedigríes de una población de Venezuela en la que esta enfermedad era muy importante. La historia de ella es la siguiente, era neuropsicologa no genética, pero se acerca a la genética porque su madre desarrolla la enfermedad de Huntington, esta enfermedad no tiene cura en la actualidad, produce un deterioro físico y mental que se acelera desde que debuta la enfermedad hasta que la persona muere en aproximadamente 10 años. El deterioro es muy importante, la herencia de esta enfermedad se conocía que era dominante. El padre era sano pero las hijas tenían un 50% de heredar el alelo dominante da la madre, ella empezó a investigar y se puso en relación con personas que trabajaban en enfermedades de este tipo, y ponen en marcha una fundación con la idea de estudiar las enfermedades de Huntington, alzaimer, parkinson y esclerosis multiple. En otro ámbito Nancy en un sinposium escucha a un medico exponer que hay un lugar en Maracaibo (Venezuela) y en esta población pequeña este medico describe que hay muchos casos de Huntington, por lo que Nancy decide investigar en este lugar con muestras y datos, buscando la base de la enfermedad, no se sabia cual era el gen ni nada. Se va a Venezuela en 1979 y crea numerosas genealogías de hasta 13000 personas y muestras de sangre de hasta 4000 personas, tiene los datos pero no hay aproximación de como localizar el gen, entonces en el año 1983 se empiezan a utilizar en genética unos marcadores genéticos que se llaman RFLPs (hoy en desuso, tenemos marcadores mas buenos en la actualidad), consiste en cortar el DNA con diferentes enzimas de restricción al compararlos con otros individuos podemos observar diferentes patrones, por lo que la variar las bases las enzimas de restricción cortan en un lugar o no cortan. Con 13 polimorfismos de restricción fue capaz de establecer diferencias, cuando analizaba sangre de individuos enfermos y sanos encontraba patrones de restricción diferentes y en los individuos enfermos tenían prácticamente el mismo patron. Con este tipo de test ya podríamos saber si una persona tendría Huntington o no (test genético). No nos dice cual es el gen en concreto pero ayudaron a localizarlo, en el año 1993 se identifica el gen de la huntingtina que también se le llama HTP.

Gen HD Cuando ya localizan el gen en un lugar concreto a través de estos marcadores y del mapeo, lo tienen ya localizado y van rompiendo trocitos del genoma hasta que se quedan con el gen y se encuentran con una novedad no descrita hasta el momento en enfermedades humanas. En un lugar concreto del gen hay mas expansiones trinucleotidicas y en un gen normal las expansiones trinucleotidicas son menos (35) y en los enfermos a partir de 36. El gen mutado mas clásico es a partir de 40 repeticiones CAG (glutamina) pero puede llegar a 120 repeticiones.

Existe una zona intermedia con penetrancia incompleta, entre 36 y 39, a partir de 40 repeticiones o mas siempre va a tener penetrancia completa. Cuantas mas repeticiones tienen mas rápido se desarrolla la enfermedad, aparece antes.

El individuo tachado a muerto por la enfermedad con 37 repeticiones. La descendencia tenemos individuos enfermos con 70, 55 y 103 repeticiones. Tenemos un individuo que tiene 42 repeticiones y no tiene la enfermedad al menos aún. Esta enfermedad debuta entorno a los 40 años. Según pasan las generaciones hay un fenómeno que se denomina anticipación, el numero de repeticiones tiende a aumentar con el tiempo, no esta muy claro este hecho pero tenemos esa información, a mayor numero de repeticiones antes se desarrolla la enfermedad. Proteína La proteína se llama Hungtintina, se produce en todas las células, tiene 35 residuos de glutamina (con función desconocida) la función de la proteína es desconocida de momento. Aspectos clínicos Entre los 40 y 50 años debuta la enfermedad con movimientos involuntarios de las extremidades (pies y manos) (corea de Huntington). Se empiezan a ver cambios en la personalidad, en las capacidades cognitivas, perdida de memoria, enseguida una progresiva enfermedad muscular. La muerte ocurre entre 10 y 15 años de la aparición de los síntomas. En el caso de que haiga 70 o mas repeticiones la enfermedad puede aparecer sobre los 20 años. En la actualidad no tenemos tratamiento. Detección y consejo genético Podemos detectarlo por Southern Blod, hoy en día ya no lo utilizamos. Podemos secuenciar el gen o solo el exón 1, hoy se hace de esta manera, porque también podemos ver el numero de repeticiones. Dilema ante el consejo genético, al no haber tratamiento el 80% de las personas que tienen un padre o madre con la enfermedad decide no hacer el test. Nancy Wexler y su hermana nunca se han hecho el test. Se nos plantean dilemas, un nieto que tiene un abuelo afectado decide hacerse el test y el padre o madre no quiere, si el lo hace y se queda con la información bien pero si esa información se traspasa a otras personas, si el hace el test y sale positivo uno de los progenitores lo tiene que tener también.

Hay avances en la actualidad que nos explican cómo los modelos animales nos pueden ayudar a comprender la enfermedad. Por un lado nos permiten comprender mejor la enfermedad, porque en unos ratones podemos realizar cruzamientos dirigidos, biopsias… que no podemos hacer en una persona afectada y en ellos podemos utilizar diferentes fármacos. En la universidad de columbia en el centro de medicina molecular tiene un transgenico y se ha visto que como en humanos dependiendo del numero de trinucleotidos desarrolla antes la enfermedad. Estos avances no son importantes creo. En el caso de ratones hay un gen homologo que puede manifestar cuando esta mutado ciertas características de la enfermedad en humanos.

Distrofia muscular de Duchene     

Etiología Gen (Aislamiento y mutaciones) Proteína Aspectos clínicos Detección y consejo genético

En este caso es un gen ligado al sexo Etiología de la distrofia muscular de Duchene Producida por anormalidades muy importantes en el musculo esquelético, brazos, piernas incluso corazón. Causada por una mutación en el gen que codifica la proteína Distrofina, esta proteína se expresa en los músculos y musculo cardiaco, es una mutación ligada al sexo recesiva y aproximadamente se da en 1 de cada 3500 varones, cada año 1000 nuevos casos en USA, se da en todos los grupos étnicos. Gen DMD: Aislamiento y Mutaciones El gen se denomina DMD (disease muscle duchene), se partio del conocimiento de que la expresión en musculo de la distrofina es muy abundante, cuando esto ocurre siempre puede ayudar a localizar el gen. Aquí había dos tipos de conocimiento la expresión alta en musculo y que estaba ligada al sexo por lo que eliminábamos 22 pares de cromosomas. En ausencia de información de la función podemos hacer un clonaje posicional , vamos desde el fenotipo (enfermedad) al mapa genético.

El ligamiento sabemos que esta en el cromosoma sexual y también hubo otros datos que ayudaron mucho como son los estudios de pacientes con translocaciones. El positional cloning consiste en ir ajustando con diferentes marcadores el lugar concreto en el que esta el gen para poder secuenciarlo y finalmente ir a la función. No siempre al tener la secuencia completa de un gen tenemos la función pero es un paso muy importante.

Se encuentra en el brazo p del cromosoma X, se puedo acotar la región con los marcadores, se busco por saturación se encontró en el brazo p en la banda 21. Como ayudaron los pacientes con translocaciones Se trataba de hembras que tenían una translocación entre una parte del cromosoma X y un autosoma (cuando se rompe un cromosoma y un segmento se pega a otro cromosoma, pueden ser reciprocas y no reciprocas, reciprocas cuando se intercambian dos trozos, en no reciprocas un cromosoma se rompe y ese cacho se pega a otro cromosoma, Es el Caso que tenemos aquí). La translocación se podía estudiar muy bien en estudios de cariotipo y se veía en estas hembras que tenían uno de los cromosomas X partido, mucho mas corto, y se veía que un autosoma tenia ese segmento faltante. La ruptura se produce en aproximadamente la región central del gen de la distrofia muscular de duchene (distrofina). En los cromosomas X de las hembras de mamífero uno de los cromosomas esta inactivado, esta inactivación se da al azar. Lo que se vía cuando se daba esta translocación era que justamente el cromosoma normal estaba inactivado, por lo que esas pacientes tuvieran distrofia muscular porque no producían la proteína. Todos estos estudios permitieron localizar el gen a través de la citogenética (estudio cariotipico) y de ligamiento. A partir de estos pacientes fueron los primeros de los que se pudieron clonar segmentos del gen, es un segmento muy grande y no se podía clonar inicial mente todo el gen y se fue clonando por segmentos hasta tener todo el gen.

Gen DMD: Mutaciones Es el gen mas grande aislado hasta la fecha (2.3 millones de pb). Tiene 79 exones y ocupa mas del 1% del cromosoma X. Las mutaciones pueden aparecer en cualquier lugar pero en mayor frecuencia aparecen hacia la mitad, muchas de estas mutaciones pueden producir proteínas truncadas, no funcionales (sin distrofina en los músculos). También se han encontrado mutaciones puntuales y otras alteraciones estructurales. Largas o cortas delecciones en el gen.

Importante en el aparato contráctil de las fibras musculares, se encarga de las contracciones. Deficiencias en otras proteínas asociadas a esta puede producir otro tipo de distrofia, la de duchene es la mas conocida por su gravedad y corta esperanza de vida. Hay distrofias que no están ligadas al sexo. Aspectos clínicos La mayoría son varones, esta ligado al sexo, solo en la hembras que tienen la anomalia y el otro cromosoma esta inactivado la tienen pues en ...