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Revisión de literatura: Mutaciones inestables

Revisión de literatura: Mutaciones inestables

Autora principal: Alejandra Villalobos Camacho

Vol. XVII; nº 12; 532

Review: Unstable mutations

Fecha de recepción: 23/05/2022

Fecha de aceptación: 16/06/2022

Incluido en Revista Electrónica de PortalesMedicos.com Volumen XVII. Número 12 – Segunda quincena de Junio de 2022 – Página inicial: Vol. XVII; nº 12; 532

Autores:

Alejandra Villalobos Camacho, médico general,Investigadora Independiente, San José, Costa Rica

Ricardo Zúñiga Li, médico general, Caja Costarricense Seguro Social, San José, Costa Rica

Ricardo Fung Schmitz, médico general, Hospital Metropolitano, San José, Costa Rica

Todos ellos han participado en su elaboración y no tienen conflictos de intereses

La investigación se ha realizado siguiendo las Pautas éticas internacionales para la investigación relacionada con la salud con seres humanos elaboradas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la Organización Mundial de la Salud (OMS)

El manuscrito es original y no contiene plagio

El manuscrito no ha sido publicado en ningún medio y no está en proceso de revisión en otra revista.

Han obtenido los permisos necesarios para las imágenes y gráficos utilizados.

Han preservado las identidades de los pacientes.

Resumen

Las mutaciones inestables se definen como segmentos de genes que varían de tamaño en la línea germinal a través de generaciones, eventualmente llegan a un tamaño determinado presentándose como patológico. Las regiones específicas de los genes están compuestos por tripletas de nucleótidos; las tripletas se expanden, lo que conlleva a una alteración en la expresión de los genes afectados. Se clasifican en dos grupos según sea la tripleta que se repite, el primer grupo afecta la tripleta CAG (usualmente en una región codificante) este grupo causa una serie de enfermedades. El segundo grupo afecta tripletes diferentes a CAG (usualmente en una región no codificante). Las enfermedades causadas por la mutaciones inestables presentan la característica de la  anticipación génica. Cabe destacar que la severidad de los síntomas es proporcional al número de repeticiones de las tripletas. Dependiendo del número de tripletas de un gen, hay una clasificación diferente dentro de los individuos de una familia (sanos, portadores/presintomáticos y afectados por la enfermedad). Las mutaciones inestables son responsables de un número creciente de enfermedades del sistema nervioso central y otros sistemas del cuerpo humano, la gama de manifestaciones clínicas ocasionadas por mutaciones inestables es sumamente amplia, por lo tanto, hay que tener presente su existencia y reconocer sus patrones habituales de herencia, para así no pasar por alto su diagnóstico y tratamiento. Ante la identificación de un paciente con una enfermedad causada por una mutación inestable, es importante recalcar el estudio genético de la familia del paciente, ya que hay una alta probabilidad de que alguno de sus progenitores o padres de ellos, sufran de la misma mutación a una escala menor o inclusive que no se haya expresado todavía la enfermedad. Para la detección de las mutaciones inestables, se cuenta con varias técnicas (PCR y el análisis de transferencia Southern).

Palabras Clave: Genes, Anticipación genética, metilación, secuencias repetitivas, enfermedad de Huntington

Summary

Unstable mutations are defines as gen segments that vary in length, through out generations, eventually reaching a certain size and appearing pathological. Specific regions of genes are composed by groups of triplets; these triplets expand, leading to alterations in the expression of the affected genes. They are classified in two main groups, the first group affects CAG triplets (usually in the coding region), which causes some disease. The second group, affect triplets other than CAG (usually non coding regions) and are related to other diseases. Diseases caused by unstable mutations have a common characteristic, genetic anticipation. The severity of symptoms is proportional to the number of repeated triplets. The patients is classified according to the number of triplet repeated (healthy, carriers/pre-symptomatic and affected by the disease).  Unstable mutations are responsible for a growing number of diseases (central nervous system and other systems of the human body) and the range of clinical manifestations is extremely wide. Hence the importance of disease recognition, as well as inheritance pattern. When identifying a patients with a disease caused by unstable mutations, it is important to emphasize the genetic study of the family, because there is a possibility that other family members are carriers/pre-symptomatic or affected by the mutations. Studying of these individuales can be done through various techniques (PCR or Southern Blot Analysis).

Keywords: Genes, Genetic Anticipation, Methylation, Repetitive sequences, Huntington’s Disease.

Introducción

Las mutaciones inestables, descritas a partir del año 1991, son responsables de un número creciente de enfermedades hereditarias del sistema nervioso y multisistémicas 1. Se definen las mutaciones inestables como segmentos de genes que varían de tamaño en la línea germinal a través de generaciones hasta que eventualmente llegan a alcanzar un determinado tamaño que los vuelve patológicos 1. Para determinar el riesgo reproductivo, de recurrencia y manifestación de síntomas, no basta con basarse en un modelo mendeliano de la herencia, sino que será necesario determinar la cantidad exacta de repeticiones de secuencias que porte cada miembro de una familia 1.

Según Morales 2 “se les denomina inestables porque se ha observado que el tamaño de la secuencia repetida varía cuando las células se dividen por meiosis y mitosis”. Regiones específicas de algunos genes están compuestas por una triplete de nucleótidos, como por ejemplo CAG o CGG 2. En una mutación inestable, dichas tripletas se expanden (proceso denominado «expansión»), lo que conlleva una alteración en la expresión de los genes afectados 2 .

Estas mutaciones se pueden intentar clasificar según la tripleta que se repite, dividiéndose en dos: Las que tienen como tripleta CAG(Citosina, adenina y guanina), las cuales se encuentran en su mayoría en regiones codificantes, alterando así la expresión génica 2. Dentro de este grupo se encuentran la enfermedad de Huntington, las ataxias espinocerebelosas tipo 1,2,3 y 6, la atrofia muscular espinal y bulbar (cuadro 1) 2. El otro grupo corresponde a una tripleta diferente a CAG, con la diferencia de que estas se localizan en una región no codificante del gen; dentro de este grupo se encuentran el Síndrome del cromosoma X frágil,  la enfermedad similar a Huntington tipo II, la ataxia de Friedreich o inclusive puede haber amplificaciones masivas en  tetranucleótidos como lo es la distrofia miotónica tipo II que tiene una expansión de CCTG (cuadro 2)2.

Mutaciones inestables

El tamaño de estas secuencias repetitivas puede aumentar cuando las células se dividen, lo cual les da su nombre de «inestables» 2. El hecho de que se dé la expansión de las tripletas genera varios posibles panoramas, por ejemplo, podría inactivar el gen, o por el otro lado, podría provocar la síntesis de un nuevo producto con funciones distintas al original 2.

Si bien es cierto que existen varias enfermedades distintas producidas por mutaciones inestables, estas comparten algunas características distintivas, como por ejemplo el hecho de que afectan al sistema nervioso y que son de carácter degenerativo 2. La gama de manifestaciones clínicas es amplia, y la misma depende de la edad de inicio 2. Generalmente estas éstas personas con un número mayor de repeticiones presentan la característica de que las manifestaciones son más severas y de inicio a edades más tempranas a través de las generaciones de la familia del individuo 2.

Por ejemplo, si un familiar del mismo desarrolló las manifestaciones a la edad de 10 años, sería de esperar que las manifestaciones en el individuo ocurran a una edad más temprana que ésta; este fenómeno se denomina «anticipación genética» 2.Por anticipación se entiende el aumento de la severidad y la disminución de la edad de inicio de una enfermedad de generación en generación dentro de una misma familia 3. En cuanto a la severidad de los síntomas, suelen correlacionar con la cantidad de repeticiones de la tripleta afectada; entre más repeticiones, mayor severidad de los síntomas 2. La inestabilidad se presenta tanto en la línea somática como en la línea germinal,  por lo tanto ocurren amplificaciones cuando se forman los gametos, en el paso de una generación a la siguiente 1.

Es importante tener en cuenta que la aparición de mutaciones inestables en un individuo puede indicar en muchos casos la presencia de la mutación en otros miembros de su familia que pudiesen estar asintomáticos o que en ese momento sean portadores de permutaciones, es decir, alelos permutados por expansión de repeticiones de nucleótidos  que aún no asocian síntomas clínicos pero que podrían eventualmente manifestarse al alcanzar un gran tamaño.

De acuerdo con los autores Cuenca y Morales “el tipo más frecuente ocurre cuando tres nucleótidos repetidos en forma sucesiva (en «tándem») se presentan en una cantidad mayor al rango normal en el gen involucrado, produciendo alteración en la función génica, la cual se puede reflejar en anormalidades del metabolismo de los ácidos ribonucleicos (ARNs), o en la ausencia o producción anormal de la proteína”  lo cual me puede llegar a producir una enfermedad de carácter neurológico o sistémico 1.

Se puede hacer una clasificación dependiendo de la unidad que se repite, teniendo a un grupo que son causadas por repeticiones del trinucleótido CAG (citosina, adenina, guanina) y otro grupo causado por que la mayoría de las mutaciones se localizan en una región no codificante de los genes.1. En el primer grupo la mutación se localiza en regiones codificantes de los genes, lo que causa la producción de proteínas con un segmento mayor de poliglutamina; a este grupo pertenece la enfermedad de Huntington 1. Se caracterizan por presentar pérdida neuronal progresiva en diferentes grupos de neuronas dependiendo de la enfermedad 1. La cadena anormal de poliglutamina confiere propiedades tóxicas a la proteína respectiva, causando como efecto final la muerte celular 1. En el segundo grupo  la mutación se encuentra ya sea en un intrón, o en los extremos 3’o 5’ del gen respectivo 1. En este grupo encontramos al síndrome del cromosoma X frágil y las distrofias miotónicas tipo 1 y 2 1.

Dependiendo del número de tripletas de un gen, hay una clasificación diferente dentro de los individuos de una familia, se pueden clasificar como: sanos, portadores o presintomáticos y afectados por la enfermedad que son los que presentan la sintomatología de la patología 3.

Enfermedades producidas por mutaciones inestables

Síndrome de X Frágil

“El síndrome de X frágil (SXF) es el síndrome genético más frecuente causante de deficiencia mental hereditaria y una de las formas mejor caracterizadas del espectro del autismo” 4 . Se sabe que es la segunda causa más frecuente de discapacidad intelectual, superado únicamente por el Síndrome de Down 4. El síndrome de X frágil se presenta principalmente en hombres y es transmitido por mujeres 4. Con respecto a los pacientes afectados, la prevalencia de varones afectados es de aproximadamente 1:4000, y de mujeres afectadas de 1:6000 4. En el caso de los pacientes portadores, la prevalencia de portadoras es de 1:250 mujeres y la relación con respecto a varones portadores es de 3:1 5.

La causa de este síndrome es por una mutación en el cromosoma X, específicamente en la región Xq27.3. Esta mutación consiste en una expansión anómala del trinucleótido citosina-guanina-guanina (CGG) en el gen FMR1 (Fragile X Mental Retardation 1), en una zona no codificante situada corriente arriba del gen 5. “Ello supone un aumento en la descendencia del número de repeticiones de las tres bases del ADN. En la descendencia según el número de repeticiones del triplete hay tres estados: normal entre 6 y 55; premutación (PM) entre 55 y 200; y mutación completa (MC) con más de 200, generalmente entre 1.000 y 2.000” 5.

Con respecto a la mutación completa, provoca la metilación del gen; en otras palabras está inactivo. Esta metilación provoca la ausencia de la proteína FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein), la cual es abundante en las neuronas e interviene en el desarrollo normal de las mismas 4.  La ausencia de la proteína FMRP es la base del fenotipo característico del síndrome de cromosoma X frágil (SXF) 4.

La característica clínica fundamental del SXF es el retraso mental, que en los varones afectados es de grado moderado mientras que en las mujeres es leve 4. Con respecto a otros hallazgos psíquicos se encuentran movimientos estereotipados de la cabeza y manos, hiperactividad y autismo 4. También presentan poco contacto visual (que en ocasiones puede ser nulo) y periodos de agresividad que se alterna con periodos de timidez. Con frecuencia se asocian las dificultades en el lenguaje (suelen tener habla reiterativa), dificultades en el aprendizaje, problemas de integración sensorial con rechazo a nuevos estímulos 4.

Los hallazgos físicos en los pacientes que presentan este síndrome son muy característicos: estos pacientes presentan cara alargada, frente prominente, mentón pronunciado, orejas grandes y despegadas, macrocefalia, rostro áspero, cejas prominentes, macroorquidismo tras la pubertad, escoliosis, hiperlaxitud articular, pies planos, anomalías en la boca, pecho excavado, alteraciones cardiológicas y cambios neuroanatómicos en el cerebro 4.

Los cambios pueden ir variando con la edad, por ejemplo: la laxitud articular disminuye con la edad, el tamaño de los testículos es normal hasta la pubertad, en los primeros años de vida se manifiesta retraso en adquirir funciones motoras (principalmente lenguaje) y con la edad se hacen más evidentes los rasgos físicos. Todos estos cambios se describen principalmente en hombres, ya que en las mujeres los hallazgos clínicos son predominantemente faciales y más leves  4.

Con respecto al diagnóstico, se debe considerar el síndrome X frágil en todo paciente hombre con retraso psicomotor o mental de causa no clara; especialmente si presenta los rasgos físicos característicos del síndrome. Si hay antecedentes familiares de síndrome X frágil, es obligatorio descartar el síndrome  4.

En caso de sospechar el síndrome, se puede hacer el diagnóstico definitivo por técnicas moleculares. Éste se realiza con el estudio del gen FMR1 mediante técnicas de PCR y Southern Blot. La PCR es la técnica más accesible (barata y rápida) con la que se puede descartar el síndrome en un paciente con retraso mental. El estudio “permite identificar individuos que presentan repeticiones del triplete CGG por debajo de 100-120, es decir, confirmar está dentro del grupo de normalidad” 4. El Southern Blot permite cuantificar el número exacto de repetición presentes en un paciente y su estado de metilación; entonces se puede identificar, según las repeticiones, si el paciente es normal, premutado, con mutación completa, o mosaico. Otro punto importante con respecto al diagnóstico es que “aunque el estudio del cariotipo sigue siendo necesario en pacientes con retraso mental no catalogado, actualmente ya no se utiliza para el diagnóstico del SXF” 4.

Enfermedad de Huntington

La enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad neurodegenerativa, crónica, progresiva y deteriorante que presenta alteraciones físicas, cognitivas y psiquiátricas 6. La enfermedad de Huntington, de herencia autosómica dominante,  es causado por una expansión CAG que codifica una secuencia de poliglutamina en la proteína huntingtina. Su frecuencia varía de 5 a 10 afectados por 100.000 individuos 7.

La mutación que causa la enfermedad de Huntington es una expansión de repeticiones CAG cerca del extremo 5’ en el gen de la huntingtina (HD) (4p16.3), que produce la proteína citoplasmática huntingtina 7. La proteína contiene una expansión de repeticiones de nucleótidos: la repetición trinucleica de citosina, adenina y guanina (GAC) 6. Lo que determina la aparición de la enfermedad es el número de repeticiones de GAC. En los alelos normales hay entre 9 y 39 repeticiones; las personas que han heredado el gen de manera anormal presentan un número de tripletes GAC superior a 39 (pueden llegar a tener 120 o más repeticiones) 6.La función de la huntingtina es desconocida, pero se asume que podría estar implicada en el desarrollo embrionario normal, en la hematopoyesis y en la neurogénesis.

Existen tres formas de la enfermedad: la enfermedad de Huntington juvenil (EHJ), que aparece antes de los 20 años (es la forma menos común, menos del 10%), la que se desarrolla entre los 30 y 50 años (la más común); y la senil, que aparece después de los 55 años 6. La enfermedad se caracteriza por un cuadro progresivo de movimientos anormales e involuntarios de tipo coreico, que afectan con mayor frecuencia a los miembros inferiores y a la cara. Se ha visto relacionado con trastornos psiquiátricos y deterioro progresivo e irreversible de las funciones cognitivas 8. El desarrollo y la severidad de los síntomas varía en cada persona, pero como su definición implica, es una enfermedad neurodegenerativa, por lo tanto los pacientes van a ir perdiendo su independencia funcional. En el inicio de la enfermedad se va perdiendo la capacidad de realizar actividades más complejas hasta llegar a un deterioro de la capacidad de realizar actividades instrumentales y finalmente las básicas 6.

Distrofia miotónica

Se trata de una alteración genética de carácter  autosómico dominante, con expresividad clínica muy variable y penetrancia incompleta. La complejidad y la variabilidad de las manifestaciones de la distrofia miotónica plantean dificultades para el seguimiento clínico. Afecta a varios sistemas como el muscular, respiratorio, cardíaco, endocrino, ocular y sistema nervioso central 9. Las distrofias miotónicas (DM) son la distrofia muscular más común en adultos y pueden manifestarse a cualquier edad 10.

Existen dos tipos de distrofias miotónicas: La tipo distrofia miotónica tipo I o enfermedad de Steinert y la distrofia miotónica tipo II o síndrome de Rickert 9..

“La distrofia miotónica tipo I está causada por la expansión del triplete CTG, en el gen que codifica para la proteína kinasa de la distrofia miotónica en el cromosoma 19q3.3” 11. Su incidencia se estima en 1/20000 personas aproximadamente. La expansión de este triplete de nucleótidos va desde las 51 repeticiones hasta miles de éstas. Normalmente los sujetos que tienen entre 5-37 repeticiones son considerados sanos, aquellos que tienen de 38 a 50 repeticiones se consideran con alelos premutados y los de más de 50 a 100 repeticiones se dicen que son proto mutaciones. La Distrofia miotónica tipo II es causada por la expansión del tetranucleótido CCTG en la porción del gen CNBP intrón I del cromosoma 3q21 9.

La distrofia miotónica tipo I se divide en cuatro subtipos: Suaves, clásico o de la edad adulta, juvenil y congénito 9.  Cada uno de sus subtipos tiene presentaciones distintas pero a grandes rasgos y englobando la enfermedad de manera generalizada, sus manifestaciones características comprenden una pérdida progresiva de fuerza muscular más distal que proximal, ptosis palpebral, debilidad de los músculos faciales, de la mandíbula y parte anterior del cuello, miotonía, somnolencia diurna, cansancio y cataratas. Los problemas de índole respiratorio, cardíacos y de deglución son los que más amenazan la vida del paciente 9.

Los métodos diagnósticos que se utilizan para la detección de la mutación son la PCR y análisis de fragmentos de longitud y el análisis de transferencia Southern, este último es el más común para evaluar la mutación de la expansión, el cual tiene la ventaja de también poder estimar el tamaño de la repetición 9. Este método es el patrón de referencia para la detección de alelos DMPK que contienen 100 o más repeticiones del triplete citosina, timina y guanina (CTG). Por tanto, éste y la determinación de PCR son pruebas diagnósticas 9. Los demás métodos involucran biopsias musculares, electromiografía y estudios sanguíneos 9.

Conclusiones

Las mutaciones inestables son responsables de un número creciente de enfermedades del sistema nervioso central y otros sistemas vitales, que es de  de carácter hereditario. La gama de manifestaciones clínicas ocasionadas por mutaciones inestables es sumamente amplia, por lo tanto, tener presente su existencia y reconocer sus patrones habituales de herencia son un aspecto importante para no pasar por alto su diagnóstico.

Ante la identificación de una mutación inestable en un paciente, cabe resaltar la importancia de estudiar a sus familiares debido a que estas mutaciones sufren de el fenómeno de “anticipación genética”, como se mencionó anteriormente. Es decir, que es sumamente probable que alguno de sus familiares sufran la misma mutación pero con un fenotipo más “leve” que incluso puede llegar a pasar desapercibido. Además de que el estudio de estas enfermedades pueden proveer una mejor mayor información para lo que es el consejo genético que hoy en día acuden tantos pacientes para saber que tipo de escenarios se podrían enfrentar en caso de formar una familia.

Para la detección de las mutaciones inestables, se cuenta con varias técnicas entre las cuales podemos destacar, por ejemplo, la PCR para el diagnóstico definitivo del síndrome del cromosoma X frágil y el análisis de transferencia Southern para el diagnóstico de la distrofia miotónica. El creciente desarrollo en la investigación de estos fenómenos podrá llegar a traducirse en terapias más dirigidas e individualizadas para pacientes que sufran de un cierto tipo de mutación antes de que sus manifestaciones clínicas sean muy evidentes o severas, teniendo en cuenta que las enfermedades ligadas a las mutaciones inestables son de carácter degenerativo y su afección en la calidad de vida del paciente, por lo cual el tiempo vale oro.

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