UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
ESCUELA DE TECNOLGIA MÉDICA
LABORATORIO CLÍNICO
MATERIA: BIOLOGÍA MOLECULAR
TEMA: GENÉTICA DEL ALZHEIMER
Genética en la enfermedad de Alzheimer
La enfermedad de Alzheimer (EA), la causa mas frecuente de demencia, es
una enfermedad compleja en la que factores ambientales y genéticos
interactúan para dar lugar al fenotipo final. Existen tres genes que se han asociado a formas preseniles autosómicas
dominantes de la enfermedad: el gen que codifica para la proteína
precursora del
péptido beta-amiloide (APP) y los genes de las presenilinas (PSEN1 y
PSEN2). Un cuarto gen, el gen de la apolipoproteína E (APOE), es el
único gen mayor de susceptibilidad para las formas, tanto
esporadicas como familiares, tardías, de EA. Aunque se han
realizado miles de estudios genéticos, se conoce poco sobre la
arquitectura genética de la EA. Aun así, en los últimos
tres años ha habido un salto cualitativo extraordinario gracias a la
utilización de las novedosas tecnologías de genotipado masivo,
las cuales han permitido un analisis exhaustivo del genoma.
Introducción
La enfermedad de Alzheimer (EA), con una incidencia que incrementa
exponencialmente desde los 2,8 pacientes cada 1.000 personas al año
(entre 65 y 69 años) hasta alcanzar la cifra de 56,1 pacientes cada
1.000 personas al año (en la población con mas de 90
años), es la causa masfrecuente de demencia degenerativa primaria
[1]. Estimaciones recientes indican que la prevalencia global de la enfermedad
es de unos 35 millones de personas en el mundo, y las predicciones apuntan a
que en el año 2030 existiran mas de 115 millones de casos
con EA [2].
Por consiguiente, es tarea imprescindible establecer las causas
etiopatológicas de la EA, ya que sólo así se podra
luchar contra esta pandemia del siglo xxi.
Aunque el factor de riesgo mas importante relacionado con la EA es el
envejecimiento, el segundo factor de riesgo es la historia familiar de
enfermedad. Aproximadamente el 40% de los individuos afectos presenta historia
familiar de EA, y los estudios epidemiológicos señalan que el
riesgo de padecer EA en un individuo con un familiar de primer grado afecto es
de dos a tres veces superior al de la población general [3,4]. Asimismo,
estudios llevados a cabo con gemelos indican que la concordancia de enfermedad
en gemelos monocigóticos (comparten el 100% de su genoma) es del 40-50%,
mientras que en los dicigóticos (comparten el 50% del genoma) baja al
10-50% [5]. Por último, los ana-lisis de heredabilidad en la EA,
es decir, la proporción de la variación fenotípica
atribuible a factores genéticos, muestran que ésta estaría
en el rango del 60-80% [6]. En conclusión, no hay duda
sobre la existencia de factores genéticos de riesgo para la EA, los
cuales son responsables no sólo de formas genéticamente puras de
la EA (ver mas adelante), sino también de aquellas formas
esporadicas, tardías, de laenfermedad.
Una de las maneras en las que se puede dividir la EA es atendiendo a su edad de
inicio: anterior a los 60 años (formas tempranas) o posterior a la
séptima década (formas tardías). Aunque minoritarias, el
estudio genético de las formas tempranas (representan tan sólo el
1-6% de los enfermos) ha sido de inestimable valor para establecer alguna de
las causas biológicas asociadas a la EA, y gran parte de la investigación
neurobiológica de la EA se basa en estos hallazgos.
Formas tempranas de EA
Aproximadamente en el 60% de las formas tempranas de EA existe una historia
familiar de enfermedad, y en el 13% la agregación familiar sigue un
patrón de herencia de tipo autosómico dominante (la mitad de la
descendencia tiene la enfermedad). El estudio de estas familias ha dado lugar
al descubrimiento de tres genes causales: el gen que codifica para la
proteína precursora del péptido β-amiloide (APP), el gen de
la presenilina 1 (PSEN1) y el gen de la presenilina 2 (PSEN2
Gen APP
En el año 1987, el estudio genético de familias con
segregación autosómica dominante de la enfermedad permitió
el primer ligamiento genético en el brazo largo del cromosoma 21 [8]. El
hecho de que en la misma región cromosómica se localizara el gen
que codifica la proteína mayoritariamente presente en las placas seniles
de cerebros enfermos (el péptido β-amiloide) dio lugar al
descubrimiento, en 1991, de las primeras mutaciones en APP, las cuales se
relacionaban inequívocamente con la EA familiar [9,10]. Hasta el momento
se han descrito 30mutaciones en 83 familias, lo que representa el 10% de estas
formas genéticas tempranas de EA. Cabe remarcar que estas mutaciones se
encuentran ubicadas en regiones críticas para el procesamiento
fisioló-gico de la proteína precursora del amiloide y, por
consiguiente, alteraciones dentro de estos dominios afectaran
significativamente el metabolismo normal de APP. La proteína APP es una
glucoproteína transmembrana de tipo I formada por 770 aminoacidos,
que es procesada por distintas proteasas (llamadas α, β y γ
secretasas). El corte de APP por la α-secretasa (entre los
aminoacidos 687 y 688, correspondientes a los residuos 16 y 17 del
péptido Aβ) provoca la liberación del extremo extracelular,
el cual es soluble y se llama sAPPα, dejando un fragmento menor anclado en
la membrana (C83). Este fragmento es procesado por la γ-secretasa (entre
los aminoacidos 712, 714 o 715, correspondientes a los residuos 40, 42 o
43 del
péptido Aβ). A esta vía se la llama
no amioloidogénica, porque conlleva la formación de
péptidos que no se agregan y, por consiguiente, no son
patológicos. Por otro lado, existe una vía
menos común, donde participan la β-secretasa y la γ-secretasa.
La β-secretasa corta la proteína en los residuos 671 y 672,
liberando un soluble llamado sAPPβ. En la
membrana permanece anclado un fragmento de proteína (C99) que procesa la
γ-secretasa, cortando por los mismos residuos 712, 714 o 715, y generando
así tres posibles péptidos, mayoritariamente de 40
amino-acidos, pero también, y en menor proporción, de 42
o43 aminoacidos. Estos péptidos, llamados
Aβ40, Aβ42 o Aβ43, son capaces de formar agregados que
constituyen las fibras insolubles que se encuentran en los depósitos de
amiloide. Así pues, una parte de las mutaciones
de APP se encuentra en residuos involucrados en el procesamiento de la
proteína. No obstante, existen otras mutaciones (como la artica o la Iowa),
que se encuentran en la región central del
péptido β-amiloide y provocan un incremento de la agregación
del
péptido, lo cual conlleva al acúmulo precoz de oligómeros
[11].
Por otro lado, las alteraciones de la dosis génica de
APP podrían dar lugar al 8% de los casos familiares tempranos de EA
[12]. Así, se ha descrito la duplicación de un segmento
del cromosoma 21 que contiene el gen APP en distintas familias con formas
autosómicas dominantes de la enfermedad.
Genes de las presenilinas: PSEN1 y PSEN2
En 1995 se clonó el gen responsable del 50% de los casos familiares de
la EA [13]. Este gen se llamó S182 y poco después se
bautizó como
presenilina 1 (PSEN1). Actualmente se han descrito 177 mutaciones distintas en
PSEN1, las cuales causan EA a edades tan tempranas como los 23 años,
aunque en la mayoría de los casos la enfermedad se presenta entre la
cuarta y quinta décadas de vida [14]. Pocos meses después de su
descubrimiento, y gracias al proyecto internacional de secuenciación del
genoma humano, se encontró en el cromosoma 1 una secuencia
genética muy similar a PSEN1 [15]. El ana-lisis de este gen permitió descubrir el tercer
locusrelacionado con formasfamiliares de la enfermedad.
Este gen, inicialmente llamado E5-1, pero rebautizado como presenilina 2
(PSEN2), es responsable de una proporción muy pequeña de los
casos de EA autosómicos dominantes (menos del 1%) y, a fecha de hoy, tan
sólo se han descrito 14 mutaciones El hecho de que las mutaciones en
APP, PSEN1y PSEN2 causen el mismo fenotipo ya hizo sospechar la existencia de
una relación en el mecanismo molecular. De hecho, actualmente se conoce
que las presenilinas son un cofactor del complejo multiproteico de la
γ-secretasa.
Recientemente hemos propuesto un algoritmo de
clasificación de las mutaciones ligadas a formas genéticas de EA,
que permite clasificar cualquier mutación en posible, probable o
definitivamente patogénica [16]. Este algoritmo
podría ser una herramienta de interés en el consejo
genético de la EA, pues permite establecer de una forma mas
certera las posibles consecuencias que una mutación concreta pudiera
tener en el individuo portador.
Formas tardías de EA
Como hemos
mencionado con anterioridad, aproximadamente en el 95% de los casos de EA la
enfermedad aparece a edades avanzadas. A diferencia de
alguna de las formas tempranas, los genes implicados en la EA tardía no
son determinantes, aunque sí confieren una susceptibilidad al individuo,
que a su vez es modulada por otros genes con efectos protectores o
potenciadores de riesgo, así como por factores ambientales no
bien establecidos.
Esta complejidad, unida a la heterogeneidad génica que
existe en la EA, hace difícil el abordaje delas causas genéticas
asociadas a la forma común de la enfermedad. Hasta la fecha, el
único gen que se ha relacionado de forma consistente con la EA de
aparición tardía es el gen que codifica para la
apolipoproteína E (APOE), aunque cabe destacar que en los últimos
años, y gracias a las nuevas tecnologías de genotipado, ha habido
un cambio cualitativo importante en el estudio de la EA.
Gen APOE
El gen APOE, situado en el cromosoma 19, codifica para tres isoformas proteicas
comunes (ε2, ε3 y ε4) diferenciadas entre sí por la
presencia de los aminoacidos cisteína o arginina en las
posiciones 112 y 158 de la APOE. La variante ε2 tiene una frecuencia
aproximada del 6% en la población caucasica, ε3 se encuentra
en el 78% y ε4 tiene una presencia del 16%. Cuando se comparan las
frecuencias de cada una de las isoformas entre pacientes y controles apareados
por edad, existe, de forma consistente, un incremento del alelo ε4 en
pacientes con EA tardía respecto a controles sanos de edades
avanzadas.Esto significa que un individuo portador de una copia del alelo
ε4 tiene un riesgo de contraer la enfermedad de entre 1,1-5,6 veces mayor
respecto a la población general, mientras que el riesgo para un homocigoto
ε4 (dos copias) es de entre 2,2-33,1 veces.
Es importante remarcar que entre el 40-50% de los pacientes con EA no posee
ningún alelo APOE-ε4, lo que apunta hacia la mas que
probable existencia de otros genes relacionados con la enfermedad. Aun
así, desde 1993, fecha en la que se describió la primera
asociación entre APOE yEA, no se ha encontrado ningún otro gen
con el mismo efecto, y todos los estudios indican que muy probablemente existan
otras variantes genéticas que contribuyen a la EA, aunque con impactos
menores.
Otros genes
Desde el 2007 ha habido una auténtica revolución en el estudio
genético de la EA. Esto ha sido posible gracias a las novedosas
tecnologías de genotipado de alto rendimiento (high-throughput
genotyping).
Estas tecnologías permiten analizar en poco tiempo y con gran fiabilidad
una información genética extraordinaria. Gracias, pues, a estas
nuevas técnicas han aparecido los primeros estudios de asociación
del genoma entero (genome-wide association studies) en la EA. Estos
analisis se caracterizan por
Presentar un elevado número de pacientes y controles (a menudo,
mas de un millar de individuos por grupo, con lo que resulta posible
alcanzar su ficiente poder estadístico y hallar genes de efecto menor.
– Replicar las asociaciones en muestras independientes dentro del
mismo estudio.
– Utilizar tecnología que permite genotipar miles de variantes
genéticas bialélicas (de un único nucleótido) en
cada una de las muestras
El primer estudio de asociación utilizando este tipo de
tecnología se realizó en una muestra relativamente pequeña
de 405 pacientes con EA y 195 controles, todos con confirmación
neuropatológica [22]. Se genotiparon medio
millón de variantes genéticas y se compararon las frecuencias de
cada una entre casos y controles. La única variante
genética que se encontró significativamenteincrementada fue una
región del
cromosoma 19, donde se encuentra el gen APOE. Estos resultados indicaron de
forma indiscutible que con una muestra relativamente limitada, pero bien
estudiada y clasificada, se puede detectar la implicación de APOE en la
EA, y que muy probablemente no exista en todo el genoma ningún locus con
un efecto igual al de APOE.
Desde entonces han aparecido ocho estudios que
utilizan estrategias similares de genotipado masivo e inclusión de
grandes muestras, cuyos resultados indican que muy probablemente exista una
heterogeneidad genética importante en la EA [23-30]. De estos estudios,
cabe destacar los analisis liderados por dos laboratorios europeos
independientes, los cuales se han convertido, con mas de 14.000
muestras, en los mas potentes hasta la fecha [29 ].
Ambos estudios demostraron una asociación entre el gen CLU, localizado
en el cromosoma 8 y que codifica para la apolipoproteína J (APOJ), y una
disminución de ~15% del riesgo de padecer EA. Otros genes, como PICALM
(en el cromosoma 11) y CR1(en el cromosoma 1) también se sugirieron como
posibles factores genéticos asociados a la enfermedad. El hecho de que
APOJ se exprese en el sistema nervioso central y sea, junto con APOE, la
apolipoproteína que mas abunda en el cerebro, que se encuentre
presente en las placas amiloides típicas de los cerebros de pacientes
con EA, que el tejido cerebral de pacientes con EA expresen mas APOJ que
cerebros de individuos controles sanos, y que se haya postulado una posible
relación entre APOJ elaclaramiento del péptido Aβ, hace de
éste un gen candidato interesante para posteriores estudios
genéticos y fisiológicos.
Cabe esperar que en los próximos años aparezcan estudios
similares en otras poblaciones e incluso con mayor número de muestras.
Esto, unido a las nuevas tecnologías de secuenciación a gran es
cala, a los estudios de epigenética y a los analisis de
expresión, seran herramientas imprescindibles para poder
caracterizar con mayor precisión la arquitectura genética de la
EA. El conocimiento de las bases moleculares de la enfermedad sera
indispensable para el desarrollo de nuevas propuestas terapéuticas, que,
juntamente con otras aproximaciones, como la potenciación de la
neurogénesis en el cerebro adulto [31], seran cruciales para la
lucha contra la EA y otras enfermedades neurodegenerativas.
BIBLIOGRAFÍA
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