DIAGNÓSTICO
PRENATAL Y EDICIÓN GENÉTICA
Regalado-González
ED1,
Silva-Silva DS1,
Villalpando-Chávez EM1,
Zavala-Díaz MA1,
González-Yebra B2.
1. Estudiantes
de la Licenciatura en Médico Cirujano, Departamento de Medicina y
Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de
Guanajuato, México.
2. Investigadora
de Biomedicina Molecular. Departamento de Medicina y Nutrición,
División de Ciencias de la Salud. Universidad de Guanajuato,
México.
Resumen
El
mapeo del genoma prenatal, permite el análisis de cada uno de los
genes localizados en los cromosomas, con el fin de hacer diagnósticos
de enfermedades genéticas antes del nacimiento, ejemplos de estas
son: el síndrome de Down, la fibrosis quística, entre otras. Con
los avances científicos desarrollados a partir del proyecto Genoma
Humano, se han desarrollado múltiples herramientas diagnósticas
invasivas y no invasivas, tales como: amniocentesis, CVS
(vellosidades coriónicas), estudio de células en el cuello uterino
y análisis de microarreglos en los cromosomas. Además, se han
desarrollado herramientas, como el CRISPR-CAS9 que permite la
detección de anomalías en los genes, así como, la edición de
estos, haciendo posible su aplicación en células humanas y la
manipulación de los genes para en un futuro eliminar las
enfermedades genéticas.
Palabras
clave: Genoma prenatal,
diagnóstico, enfermedades genéticas, CRISPR-CAS9, edición.
Abstract
The
mapping of the prenatal genome allows to analyze each of the genes
that are localized in the chromosomes in order to make diagnoses of
genetic diseases before birth, for example, Down syndrome, cystic
fibrosis, among other. With the scientific advancements that were
developed from the Human Genome project, a variety of invasive and
non-invasive diagnostic tools have been created, such as
amniocentesis, chorionic villi (CV), cell study in the cervix and
analysis of microarrays in the chromosomes. Additionally tools like
the CRISPR-CAS9 have been developed helping with the detection of
genetic abnormalities as well as editing these, making possible its
application in human cells and the manipulation of genes to eliminate
genetic diseases in the future.
Key
words: Prenatal
genome, diagnoses, genetic diseases, CRISPR-CAS9, edition.
Resumo
O
mapeamento do genoma pré-natal permite analisar cada um dos genes
que estão localizados nos cromossomos, a fim de fazer diagnósticos
de doenças genéticas antes do nascimento, por exemplo, síndrome de
Down, fibrose cística, entre outros. Com os avanços científicos
que foram desenvolvidos a partir do projeto Genoma Humano, uma
variedade de ferramentas diagnósticas invasivas e não invasivas
foram criadas, como amniocentese, vilosidades coriônicas (CV),
estudo celular no colo uterino e análise de microarranjos nos
cromossomos. Além disso, ferramentas como o CRISPR-CAS9 foram
desenvolvidas auxiliando na detecção de anormalidades genéticas,
bem como na sua edição, possibilitando sua aplicação em células
humanas e a manipulação de genes para eliminar doenças genéticas
no futuro.
Palavras-chave:
genoma pré-natal,
diagnóstico, doenças
genéticas, CRISPR-CAS9,
edição.
El
libro de la vida: Proyecto del Genoma Humano.
Los
seres humanos estamos formados por miles de millones de células.
Dentro del núcleo de cada una de estas células se encuentran
nuestros cromosomas, conformados por cadenas de ADN (ácido
desoxirribonucleico), dichas cadenas se agrupan de forma específica
para codificar genes, dando como resultado el genoma humano. El
genoma humano viene empaquetado en 23 pares de cromosomas. El par
numero 23 consiste en los cromosomas que definen el sexo de la
persona: XX para las mujeres y XY para los hombres (Figura 1) (1-3).
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Figura
1. Cariotipo normal del sexo masculino. Se
observa los 23 pares de cromosomas, en los cuales están comprendidas
nuestras características.
Imagen
readaptada de: Hernández, R. (2018). Modelo
del cromosoma humano.
[Image]Available
http://geneticaupc.weebly.com/uploads/4/6/3/1/46317897/practica_1_cromosomas_y_cariotipo_humano.pdf
[Accessed 7 May 2018].
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En
el año de 1990 se inicio el proyecto del genoma humano (PGH), donde
se pretendía elaborar un mapa, que ubicara cada uno de los genes
localizados en los 23 cromosomas. Dicho proyecto fue concluido en
Abril del 2003. Gracias a esté, actualmente podemos conocer el(los)
gen(es) que causan algunas enfermedades o anomalías en el desarrollo
del bebé; por ejemplo, el gen PAX-2 que se encarga del desarrollo de
los tejidos del el ojo y la columna vertebral en el feto, a las
primeras semanas del embarazo; o en la mutación del gen INS que esta
asociado a la diabetes neonatal (4, 5).
Años
más tarde, debido a las contribuciones del PGH, surgieron avances en
las pruebas genéticas, y nació un área antes desconocida para los
médicos y científicos, fue así que se desarrolló el genoma
prenatal. El genoma prenatal consiste en la secuenciación completa
de los genes en el feto, con el fin de detectar enfermedades causadas
por diversas mutaciones, para ello se establecieron métodos
invasivos y no invasivos (6, 7).
Los
genes y la herencia
La
herencia es la trasmisión de genes de una generación a la
siguiente,
cada persona tiene 2 copias de cada gen, una de la madre y otra del
padre, que pueden combinarse de muchas maneras. Así como
nos ayuda a determinar tu color de cabello o de ojos, también
podemos saber el
riesgo de contraer una enfermedad (2, 8).
Lo
más probable, es que todo mundo sea portador de cinco a diez genes
defectuosos en cada una de sus células. Los problemas surgen cuando
el gen es dominante (quiere decir, que si un padre la tiene, hay 50%
de posibilidades de desarrollarla) o recesivo (para poseer la
enfermedad se necesita que ambos padres tengan la mutación de este
gen, y que existan dos copias), o bien, que el ambiente incremente
la susceptibilidad (8-10)
(Figura 2).
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Figura
2. Diagrama de la herencia mendeliana. En
esta imagen se podemos observar la forma en la que se heredan tanto
las características como las enfermedades.
Imagen
readaptada de: Consejo Genético (2018). Tipos
de herencia genética. [Image]
Available at:
https://www.e-geneticare.com/preguntas-frecuentes/que-es-la-herencia-genetica
[Accessed 9 May 2018]
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Diagnóstico
prenatal
Actualmente
existen varios métodos para localizar los cambios en el ADN del
feto, todos estos, con el fin de encontrar de manera temprana
cualquier anormalidad genética que condicione alguna enfermedad (6).
Las
dos pruebas que se usan con mayor frecuencia son la amniocentesis,
que consiste en una toma del líquido amniótico, y el muestreo de
vellosidades coriónicas (CVS, por sus siglas en inglés) que
consiste en la toma de células que se encuentran en la placenta.
Estos dos procedimientos nos pueden ayudar a encontrar el diagnóstico
de ciertas enfermedades, pero son pruebas que tienen muchas
limitaciones, además de ser invasivas (12,13).
Se
están desarrollando cada vez más técnicas prenatales confiables no
invasivas y que puedan encontrar de manera temprana las anomalías.
Una de ellas es el estudio de las células que se encuentran en el
cuello uterino, en el cual se separan las células del bebé,
obteniendo su ADN; puede realizarse desde la quinta semana y no es
invasivo, pero sólo se obtiene una pequeña fracción del ADN fetal,
por lo que puede estar limitado para explorar las anomalías (13,
14).
El
análisis de microarreglos cromosómicos, es la prueba de más alta
resolución, es capaz de ver variaciones en el ADN, tanto
macroscópicas como microscópicas, puede detectar cambios
específicos pequeños, que no podrían ser diagnosticados con las
técnicas antes mencionadas. Esta prueba se encuentra limitada, ya
que no es capaz de detectar los cambios que no siguen el patrón de
la enfermedad. El evaluar también a los padres con esta técnica,
nos ayuda a definir si es una cuestión hereditaria o no (7,12).
Algunas
de las enfermedades más frecuentes son: Síndrome de Down, Fibrosis
quística; Hemofilia, Corea de Huntignton, etc. Tabla 1.
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Síndrome
de Down
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Es
causado por la presencia de una copia extra del cromosoma 21, se
presenta en 1 de cada 700 nacimientos. Las manifestaciones son
disminución
del tono muscular en la cara, retrasos y defectos del corazón y
sistema digestivo. (15, 16)
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Fibrosis
quística
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Es
un enfermedad autosómica recesiva, que afecta a 1/5000
nacimientos en la población caucásica. Es causada por la
mutación del gen CFTR caracterizado por congestión pulmonar como
infección y por malabsorción de nutrientes por el páncreas.
Para
poseer la enfermedad se necesita que ambos padres tengan la
mutación de este gen.
(17, 18 )
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Enfermedad
de Huntington
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Es
autosómica dominante, quiere decir que si un padre la tiene hay
50% de posibilidad de desarrollarla. El defecto se encuentra en el
cromosoma 4 en una proteína llamada Huntingtina,
las
personas nacen con el gen defectuoso pero los síntomas no
aparecen hasta después de los 30 o 40 años.
Los
síntomas iniciales de esta enfermedad pueden incluir movimientos
descontrolados, torpeza y problemas de equilibrio. Más adelante,
puede impedir caminar, hablar y tragar. Algunas personas dejan de
reconocer a sus familiares. Otros están conscientes de lo que los
rodea y pueden expresar sus emociones. (19, 20)
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Distrofia
muscular de Duchenne
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Es
una enfermedad, ligada al cromosoma X donde hay una deleción que
produce una deficiencia muscular progresivo y rápido que conduce
a la discapacidad física y muerte prematura. (19, 21)
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Anemia
de células falciformes
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Es
una alteración autosómica recesiva por una sustitución que
sucede en el cromosoma 11, que en la sangre produce que los
glóbulos rojos se deformen y adquieran apariencia de hoz, lo que
entorpece la circulación y causa microinfartos y anemia. (22,
23)
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Hemofilia
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Es
una enfermedad hereditaria ligada al cromosoma X, impide que la
sangre se coagule adecuadamente lo que hace que las personas
sangren más de lo normal. (18, 26)
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Distrofia
muscular de Becker
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Es
un trastorno ligado al cromosoma X, caracterizado por una
debilidad de los miembros inferiores.
(19, 21)
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Síndrome
de Noonan
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Se
encuentra una mutación en el cromosoma 12, se caracteriza por
talla baja, enfermedades cardíacas, alteraciones físicas, es
autosómica dominante, también puede aparecer en personas que no
tengan factores hereditarios. (2,
24)
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Talasemias
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Es
un tipo de anemia, que confiere resistencia a la malaria pero hay
disminución de la síntesis de una cadena de hemoglobina que es
la encargada de llevar el oxigeno a las células. (22, 23)
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Síndrome
del cromosoma X frágil
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Es
una forma de discapacidad intelectual hereditaria que es causada
por un gen específico, el gen origina una proteína necesaria
para el desarrollo cerebral. Un defecto de este gen hace que no se
produzca y causa la enfermedad.
(1, 23)
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Editar,
corregir y alterar
Tal
vez resulte frustrante, pues muchas veces es difícil y costoso el
diagnóstico y prevención de las enfermedades genéticas. Hoy en
día, el único método para la prevención de enfermedades
genéticas, es la fecundación “in
vitro”, donde se escogen
óvulos fecundados que no portan la enfermedad, aunque no la corrigen
completamente, y solo se forman mosaicos, es decir, formas menos
graves. (7,26)
Pronto no será la única opción, ya que
actualmente se han perfeccionado estudios sobre el desarrollo de
células madre, para con ellas poder crear órganos humanos como
riñones, hígados, córneas etc., con la finalidad de poder cambiar
el órgano dañado, si ese fuera el caso. Además de esto también se
está investigando en sistemas que permiten abordar genes específicos
responsables de este tipo de enfermedades. En 2013, cuatro equipos
internacionales de investigadores, descubrieron un sistema para
modificar genes que lleva por nombre: Repeticiones Palindrómicas
Cortas Agrupadas con Espacios Regulares (CRISPR, por sus siglas en
ingles). Esta técnica permite cortar genes y guiar a la producción
de nuevos (7, 27).
A partir de este procedimiento se ha
experimentado con el recorte y adherencia de genes en alimentos,
moscas, bacterias, peces, ratas y hasta en células humanas, lo cual
ha tenido un gran avance, y estima ser utilizado para terapias
futuras de enfermedades crónicas, como el Alzheimer, Parkinson,
anemias, entre muchas otras (27, 28).
Editar
los genes anómalos es el futuro, y con CRISPR-CAS9 parece que
estamos llegando. Esta técnica se basa en dos pasos: se dirige a la
región concreta del ADN donde se encuentra la anomalía genética, y
ahí la proteína CAS9 se une, fragmentando al ADN, después los
mecanismos naturales repararan la zona donde existe el daño, dando
como resultado zonas de inserción o deleción, pudiendo llegar a
inhabilitar los genes. Este tipo de herramientas nos permitirá
inyectar óvulos fecundados con genes corregidos. Algunos de los
avances que nos ha permitido CRISPR-CAS9, además de los antes
mencionados, es la modificación de genes para mejorar la respuesta a
tratamientos, corrección de genes para disminuir algunos de los
síntomas de enfermedades genéticas. En la tabla 2, se muestran
algunos ejemplos de los usos de CRISP-CAS9. (26-31).
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Usos
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Justificación
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Inactivación del gen
PD-1
en linfocitos de un paciente con cáncer, con el fin de promover
una mejor respuesta al tratamiento. (26)
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El gen PD-1
es uno de los genes supresores de tumores, se encuentra mutado en
diferentes tipos de cáncer promoviendo el crecimiento
descontrolado de las células malignas. (26)
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Eliminación del gen
mutado que codifica la proteína CFTR, responsable de la fibrosis
quística y reemplazo del mismo por el gen corregido en modelos
animales. (17)
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El gen mutado es el
responsable de la fibrosis quística, este gen produce una
proteína que se encuentra en las membranas celulares de glándulas
sudoríparas, pancreáticas, del intestino y riñón. (17)
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Corrección de la
alteración del gen que codifica la enzima de Fah
en ratones con la enfermedad
de la tirosinemia hereditaria humana, aliviando los síntomas.
(30)
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La tirosinemia es una
enfermedad relacionada con los aminoácidos causada por una
alteración en la enzima flumarilacetoacetasa hidrosilasa (Fah).
(1)
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Interrupción del
promotor que permite la replicación del VIH-1, esto disminuyo la
expresión de VIH-1 en células humanas infectadas. (31)
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El VIH tiene factores
que favorecen su replicación, a mayor replicación hay mayor
afectación a células inmunes.
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Conclusión
Gracias
al descubrimiento que Watson y Crick realizaron en 1953, sobre la
composición de la doble hélice del ADN, se abrieron puertas a la
creación científica, y surgieron varias disciplinas para manipular
los genes, principalmente para modificar la estructura de los
alimentos, experimentación con animales y recientemente, para
modificar el curso de nuestra salud alterando la estructura del ADN,
cambiando genes y corrigiéndolos.
Actualmente
sólo es usado para hacer diagnósticos oportunos en fetos y poder
estar preparados o tomar decisiones para las probables enfermedades
que se puedan desarrollar y su tratamiento.
El
futuro apunta no sólo a diagnosticar precozmente las enfermedades,
sino también, se esta intentando manipular el ADN para eliminarlas
antes del nacimiento. Con la herramienta CRISPR-CAS9 se ha tenido un
gran avance. Aunque manipular el ADN fetal se considera ilegal, es
una disciplina nueva y se han obtenido muchos avances, se espera que
en por lo menos 50 años, esta técnica esté bien desarrollada y
dominada.
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