Epigenética: Hacia una Nueva Forma de Diagnóstico y Terapia (II)

No sólo en cáncer…

Pero como ya hemos dicho, las modificaciones epigenéticas también están implicadas en otros numerosos aspectos del ámbito sanitario:

“Junto con la conducta, la salud mental puede verse afectada por cambios epigenéticos”, dice Arturas Petronis, jefe del Laboratorio de Epigenética Familiar Krembil, en el Centro para la Adicción y Salud Mental de Toronto. Él y sus colegas están llevando a cabo estudios a gran escala que investigan los vínculos entre la esquizofrenia y la metilación aberrante, y señala que comprender los mecanismos epigenéticos es una de las más altas prioridades en la investigación de la biología de las enfermedades humanas.

Además hay efectos epigenéticos que ocurren en el sistema inmune, y que pueden ser revertidos, según una investigación publicada en la edición de noviembre-diciembre del 2005 del Journal of Proteome Research por Nilamadhab Mishra, profesor asistente de reumatología de la Escuela de Medicina de la Universidad Wake Forest, y sus colegas. El equipo dice que es el primero en establecer una vinculación específica entre la modificación aberrante de histonas y los mecanismos implícitos en síntomas parecidos al lupus en ratones, y confirmó que una droga que se encuentra en etapa de investigación, Tricoestatina A, podría revertir las modificaciones. Parece que esta droga revierte la modificación aberrante de la histona corrigiendo la hipoacetilación en dos sitios de ella. El lupus también ha sido centro de interés de Bruce Richardson, jefe de la Sección de Reumatología en el Centro Médico de Asuntos de Veteranos Ann Arbor y profesor de la Escuela de Medicina de la Universidad de Michigan. En estudios publicados en la edición de mayo-agosto de 2004 del International Reviews of Immunology y la edición de octubre 2003 de Clinical Immunology, observó que fármacos tales como la droga para el corazón procainamida y el agente antihipertensivo hidralazina causan lupus en algunas personas, y demostró que la enfermedad parecida al lupus en los ratones expuestos a estas drogas está vinculada con alteraciones en el patrón de metilación del ADN e interrupción de las vías de señales, similares a aquellas de las personas.

En otra publicación del PEBC se comenta también cómo afectan los cambios en la metilación del DNA a la patogénesis de las enfermedades reumáticas autoinmunes, la importancia de tener marcadores específicos de metilación del DNA, y el uso potencial de fármacos con un efecto epigenético en el manejo clínico de estas enfermedades.

¿Heredamos estos cambios?

Uno de los informes más sorprendentes publicado en 2005 sugiere que los cambios epigenéticos pueden sobrevivir en al menos cuatro generaciones sucesivas. Michael Skinner, profesor de biociencias moleculares y director del Centro para la Biología Reproductiva de la Universidad del Estado de Washington, y su equipo, describieron en la edición del 3 de junio de 2005 de Science, cómo expusieron brevemente a ratas embarazadas a niveles individuales relativamente altos del insecticida metoxicloro y al fungicida vinclozolin, y documentaron efectos tales como una disminución de la producción de esperma y un aumento de la infertilidad en las crías macho. Buscando más información, encontraron metilación de ADN alterada en dos genes. A medida que continuaron con el experimento, descubrieron que los efectos adversos persistieron en aproximadamente 90% de los machos en las cuatro generaciones subsiguientes en ausencia de exposición adicional a pesticida. No se sabe que los hallazgos hayan sido reproducidos. Sin embargo, si son reproducibles, podrían “proporcionar un nuevo paradigma para la etiología de la enfermedad y mecanismos básicos en toxicología y evolución, no apreciados anteriormente”, dice Skinner. Él y sus colegas están llevando a cabo estudios de seguimiento, evaluando muchos otros genes y observando otros efectos tales como tumores de mama y piel, degeneración de riñones y defectos en la sangre. Otros estudios han encontrado que los efectos epigenéticos ocurren no solamente en el útero, sino que en todo el transcurso de una vida humana. Manel Esteller, director del PEBC, como ya hemos comentado anteriormente, y director del Laboratorio de Epigenética del Cáncer en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas de Madrid, y sus colegas, evaluaron 40 pares de mellizos idénticos entre los 3 y 74 años de edad, y encontraron una sorprendente tendencia, descrita en la edición del 26 de julio de 2005 de Proceedings of the National Academy of Science. Los pares de mellizos más jóvenes y aquellos que compartían estilos de vida similares y que pasaron más años juntos, tenían patrones de metilación y acetilación de histona de ADN muy similares. Pero los mellizos mayores, especialmente aquellos que tenían estilos de vida diferentes y habían pasado menos años juntos, tenían patrones muy diferentes en muchos tejidos distintos, tales como linfocitos, células epiteliales bucales, grasa intraabdominal y músculos seleccionados.

El proyecto Epigenoma Humano

En Europa, el Proyecto Epigenoma Humano fue oficialmente lanzado en 2003 por el Instituto Wellcome Trust Sanger, Epigenómica AG, y el Centro Nacional del Genotipaje. El foco del grupo está en la investigación de la metilación del ADN vinculada a los cromosomas 6, 13, 20 y 22. Se les pueden unir pronto organizaciones de Alemania y la India, donde los científicos planean trabajar en los cromosomas 21 y X, respectivamente, dice Stephan Beck investigador jefe de Sanger.

En diciembre de 2005, se lanzó el Proyecto del Epigenoma Humano de los EE.UU para complementar al proyecto europeo.

Podemos decir por tanto que se ha abierto ya una nueva puerta en la investigación, ya que ampliar nuestros conocimientos en biología molecular ayuda a comprender la base de numerosas enfermedades, y de esta manera, podemos asegurar que la epigenética nos conducirá, o de hecho nos está conduciendo ya, hacia una nueva forma de diagnóstico y terapia.

Ana Belén Saccone García

Bibliografía:

 

 

Epigenética: Hacia una Nueva Forma de Diagnóstico y Terapia (I)

El ADN se consideraba hasta hace poco el único depósito de información genética. Pero comienza ya a entreverse, en el interior de los cromosomas, otra capa de información mucho más maleable. Cuando se publicó el borrador final de la secuencia completa del ADN de Homo sapiens en abril de 2003, muchos afirmaron que esa hilera de 3000 millones de bases (A, T, G y C) encerraba los “planos” de la vida, el libro de la herencia o el código fuente de las células. Pero, a decir verdad, todas esas metáforas resultan engañosas (Gibbs y Wayt, 2004).

¿Qué es la epigenética?

Los genes se expresan o no según se den ciertas condiciones bioquímicas, como la metilación del DNA, las modificaciones covalentes de las histonas o la conformación de la cromatina. Y esto es lo que estudia la epigenética, es decir, la herencia de patrones de expresión de genes que no vienen determinados por la secuencia de pares de bases del DNA. La metilación y la acetilación del DNA constituyen las marcas epigenéticas mejor caracterizadas. En la mayoría de los casos la adquisición y mantenimiento de la metilación induce represión génica y la acetilación aumenta la expresión, pero hay que señalar que no es así en todos los casos (Jordà y Peinado, 2009).

La ciencia del cambio

Tras haberse logrado la secuenciación del genoma humano, ahora se está trabajando en la descripción del epigenoma, lo que podría ayudar a comprender mejor las bases del cáncer y de otras muchas enfermedades de origen epigenético, como la obesidad o la diabetes, y de ahí también surge el gran interés en la industria farmacéutica por el desarrollo de nuevos fármacos que controlen dichos cambios epigenéticos. Los ensayos clínicos en marcha se centran fundamentalmente en el cáncer,  pero también son esenciales estos estudios en muchas otras áreas que requieren una amplia comprensión de todos los aspectos de la genética, tales como células troncales, clonación, envejecimiento, conservación de especies, evolución o agricultura.

Épigenética y cáncer

“La evidencia que vincula los procesos epigenéticos con el cáncer se está volviendo extremadamente convincente”, dice Peter Jones, director del Centro General del Cáncer Norris de la Universidad del Sur de California. Al otro lado del mundo, Toshikazu Ushijima, el Jefe de la División de Carcinogénesis del Instituto de Investigación del Centro Nacional del Cáncer de Japón dice que los mecanismos epigenéticos son una de las cinco consideraciones más importantes en el campo del cáncer.

El Institut d”Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL) es una fundación de investigación constituida en junio de 2004, que en el año 2008 abrió el Programa de Epigenética y Biología del Cáncer (PEBC) dirigido por Manel Esteller. En una de sus publicaciones más recientes comentan precisamente la importancia de estos patrones epigenéticos en cáncer y discuten posibles estrategias farmacológicas contra estas alteraciones (Berdasco y Esteller, 2010). En otra de sus últimas publicaciones, comentan la implicación de estas modificaciones en el control de la expresión de genes importantes para la auto-renovación o diferenciación celular y la necesidad de profundizar más en estos estudios, ya que por ejemplo, en el entorno clínico, al no ser totalmente claras todavía estas relaciones, en la terapia con células madre podría estar peligrando la integridad del epigenoma (Berdasco y Esteller, 2011).

En el Centro de Investigaciones Biológicas se está estudiando la función de los genes del grupo Polycomb (PcG), un sistema evolutivamente conservado implicado en el mantenimiento de estados transcripcionales inactivos que definen la identidad celular. Los productos PcG forman complejos multiproteicos que contribuyen al silenciamiento de genes mediante cambios en la cromatina asociados a las actividades modificadoras de histonas de algunas de sus subunidades. Durante el desarrollo embrionario los genes PcG previenen la expresión inapropiada de factores transcripcionales y otros genes reguladores de desarrollo. Además, los genes PcG actúan como reguladores esenciales del mantenimiento de tejidos (cuya renovación depende de células madre), actuando al mismo tiempo como represores de factores supresores tumorales.

Ana Belén Saccone García

Bibliografía:

 

 

Avances en el Diagnóstico de Enfermedades Hereditarias

Fig1_Diagnóstico_enferemdades_hereditarias¿Qué son los genes? Son piezas del “rompecabezas” biológico que nos hacen ser únicos. Cada ser humano tiene aproximadamente 30.000 genes, los cuales determinan (según sus características y su expresión) el crecimiento, el desarrollo y funcionamiento de nuestros sistemas físicos y bioquímicos. Están distribuidos en 43 cromosomas (23 pares) dentro de nuestras células. Identificar los genes que causan las enfermedades es un primer paso hacia el desarrollo de estrategias de tratamiento, como el uso de nuevas drogas o terapias con genes, en las que se utiliza un gen sano para reemplazar uno ausente o defectuoso.

Fig2_Diagnóstico_enferemdades_hereditariasLas enfermedades hereditarias son aquel conjunto de enfermedades genéticas cuya característica principal es su persistencia de generación en generación, su transmisión de padres a hijos. En los genes podemos encontrar algunos cambios que nos son relevantes desde el punto de vista médico y que en cambio constituyen una base biológica de variación natural entre las personas. Sin embargo, algunos de estos cambios pueden llegar a afectar el correcto funcionamiento de una proteína que desempeñe funciones de importancia para la célula. En estos casos, dicho cambio en el DNA es el desencadenante de una enfermedad, la cual puede heredarse de una generación a la siguiente. Estos cambios patológicos en el DNA se conocen como mutaciones y son los causantes de las enfermedades genéticas, tales como la diabetes tipo I, determinados tipos de cáncer, la fibrosis quística…

El conjunto de enfermedades genéticas es muy amplio y como consecuencia de esta gran diversidad es difícil su prescripción. El diagnóstico de enfermedades hereditarias consiste en la detección de las alteraciones o variaciones de la constitución genética de un individuo que están directa o indirectamente relacionadas con estados patológicos. El diagnóstico basado en el estudio del DNA ha experimentado un avance considerable en el último decenio, fruto de la identificación, caracterización y cartografiado de un elevado número de genes implicados en patologías humanas. Anteriormente, su diagnóstico se basaba en la detección de los productos génicos alterados, a través de pruebas enzimáticas o de identificación de proteínas. Sin embargo las técnicas de DNA recombinante han facilitado mucho su diagnóstico, haciendo posible además la detección de portadores y el diagnóstico prenatal o a edades tempranas. En los años transcurridos desde que se consiguiera la primera secuenciación completa del genoma humano, se ha producido un rápido progreso de tecnologías para facilitar el análisis de secuencias de DNA: la llamada “nueva generación” de secuenciación. Un hecho clave para el desarrollo de este campo fue el Proyecto Genoma Humano (PGH), una investigación científica cuyo objetivo era determinar la secuencia completa de pares de bases químicas que componen el DNA y caracterizar los genes que forman el genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. El proyecto fue fundado en 1990, bajo la dirección de James D. Watson, con un plazo de realización de 15 años, siendo presentado el genoma completo en abril del 2003.

Fig3_Diagnóstico_enferemdades_hereditariasEl reciente desarrollo de alto rendimiento de la tecnología consistente en la secuenciación masiva en paralelo (MPS) ha revolucionado el diagnóstico molecular de enfermedades genéticas humanas. La capacidad de generar una gran cantidad de secuencia de datos en cortos tiempos y precio asequible, hace de este sistema un enfoque ideal para una amplia gama de aplicaciones en relación con la secuenciación de grupos de genes candidatos que se encuentren en regiones codificantes del genoma humano. Técnicas de arrays de hibridación genómica comparativa (CGH array) permiten una evaluación rápida de todo el genoma, lo que facilita una investigación exhaustiva de los miles y millones de loci genómicos de una sola vez y, por tanto, detección eficaz de las variaciones con respecto al número de copias del DNA. Se trata de una nueva esperanza para casos difíciles como el diagnóstico genético preimplantacional, en los que las anomalías cromosómicas son causa de infertilidad o esterilidad.

La característica más peculiar de la información genética adquirida tras estas mejoras es la capacidad predictiva, pues es posible anticipar incluso enfermedades respecto a las cuales el individuo es todavía asintomático. En definitiva, las enfermedades hereditarias constituyen una carga importante para la población humana y la biotecnología constituye un poderoso instrumento para contribuir eficazmente a la lucha contra estas, mediante la aplicación de conocimientos de numerosas disciplinas científicas con el fin de desarrollar procesos productivos. Por mucho tiempo el diagnóstico fue sólo confirmatorio y no representaba alternativas de tratamientos para las personas enfermas, pero, a día de hoy, permite individualizar el tratamiento y tomar medidas para aminorar los síntomas. De manera que, en los últimos años, se ha avanzado en el desarrollo de nuevas disciplinas como la farmacogenética y de la mano de esta, la medicina personalizada.

Mª del Pilar Durán Sánchez

Bibliografía:

  • Dr. Joan Fibla Palazón. El diagnóstico de las enfermedades hereditarias. Departamento de Ciencias Médicas Básicas. Facultad de Medicina. Universidad de Lleida.
  • Zhang W, Cui H, Wong LJ. Application of Next Generation Sequencing to Molecular Diagnosis of Inherited Diseases. Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, NAB 2015, Houston, TX, 77030, USA.
  • Martínez Rodríguez Herminia G, Said Fernández Salvador. II. Diagnóstico molecular de enfermedades hereditarias. Gac Méd Méx 2000; 136(5) : 457-461.
  • Liu J, Bernier F, Lauzon J, Lowry RB, Chernos J. Application of microarray-based comparative genomic hybridization in prenatal and postnatal settings: three case reports.
  • Carlos María Romeo Casanoba. La genética y la biotecnología en las fronteras del derecho.
  • Matthew W. Anderson and Iris Schrijver. Genes 2010. Next Generation DNA Sequencing and the Future of Genomic Medicine.

 

 

Terapia Génica: Una Solución a la Hipercolesterolemia Familiar

Hoy en día, muchas de las enfermedades que nos amenazan se relacionan con defectos en la dotación genética, y hasta hace unos años los individuos que padecían estos trastornos sólo se trataban con fines paliativos, es decir, se reducía la sintomatología sin eliminar la enfermedad. El hecho de que un gen sea defectuoso determina la generación de una proteína defectuosa o incluso la ausencia de dicha proteína. Para algunos de estos trastornos monogenéticos se ha conseguido producir la proteína deficitaria (como es el caso del factor VIII en la hemofilia A). También se ha propuesto el transplante de órganos, pero supone mayor complejidad desde el punto de vista de la disponibilidad e inmunocompatibilidad. Aprovechando los conceptos y la tecnología de la ingeniería genética, en la década de los ochenta y comienzo de los noventa se planteó la idea revolucionaria de suministrar una copia normal del gen defectuoso a las células de los tejidos que realmente lo utilizan. A este proceso se le conoce actualmente como terapia génica. La terapia génica se define como el conjunto de técnicas que permiten el transporte de secuencias de DNA o RNA al interior de la célula diana para así revertir el trastorno. En la actualidad hay más de 200 protocolos en fase de ensayo clínico.

La hipercolesterolemia familiar es una enfermedad genética autosómica dominante ocasionada por mutaciones en el gen que codifica para el receptor de lipoproteína de baja densidad o LDL (rLDL), situado en el cromosoma 19. Al afectar únicamente a dicho gen se clasifica como un defecto monogenético. Este trastorno supone una reducción del número de receptores para lipoproteínas LDL a nivel hepático, y por ello aumentan los niveles de colesterol, que aparece ligado a lipoproteínas de baja densidad (c-LDL). El peligro de esta enfermedad radica básicamente en el aumento del riesgo de padecer cardiopatías. A los pacientes afectados se les recomienda un cambio en sus hábitos de vida (alimentación), tratamiento farmacológico (estatinas) e incluso transplante hepático.

Fig1_Terapia_génica_hipercolesterolemiaUtilizando técnicas propias de la genética, se plantea como tratamiento para la hipercolesterolemia familiar una terapia génica dirigida a modificar células somáticas que se realiza ex vivo. Este protocolo consiste en la disección del lóbulo hepático izquierdo y posterior disociación de los hepatocitos usando colagenasa. Estos hepatocitos, que contienen el gen mutante, sirven para crecer un cultivo celular que posteriormente será modificado con el gen correcto del receptor de LDL humano insertado en un vector retroviral. Este vector permite la integración de la copia normal del gen en el ADN de la célula huésped. Existen otros protocolos que aconsejan usar adenovirus en lugar de retrovirus. En cualquier caso, estos virus no contienen su dotación genética original, de hecho, están modificados para no poder ocasionar daño alguno a la célula. Tres días después del inicio del protocolo, los hepatocitos serán administrados al paciente a través de la vena mesentérica inferior. Los resultados han mostrado una recolonización de un 1-3% con los hepatocitos tratados y con ello un aumento de los niveles de receptores funcionales de LDL, por lo que se reducen los valores de colesterol circulante y se mejora la calidad de vida del paciente.

Además, también se ha planteado la opción de usar RNA antisentido, cuya finalidad es silenciar la expresión de un determinado gen. La hipercolesterolemia también puede cursar con aumento de la proteína ApoB, involucrada en el metabolismo del colesterol, y altos niveles de esta proteína están asociados a altos niveles de colesterol y por lo tanto a mayor riesgo de padecer enfermedades coronarias. El protocolo en este caso consiste en sintetizar un RNA sintético silenciador (siRNA) contra el mRNA de la proteína ApoB. A continuación se inyecta de manera intravenosa siendo el resultado una disminución de los niveles de colesterol, reduciendo por lo tanto el riesgo de accidente cardiovascular. Este último método ha sido probado en modelos animales, y se ha corroborado la gran estabilidad del siRNA y su eficiencia in vivo. A la vista de los resultados parece ser que tiene un gran potencial para convertirse en una nueva terapia para combatir enfermedades genéticas.

Lorena Silgado Castro

Bibliografía:

  • Oliva R., Bruguera M., Escolarc G. y Carrerasd E. Tratamiento de las enfermedades génicas. Centro de Diagnóstico Biomédico (CDB), hospital clínico y Facultad de medicina de la universidad de Barcelona. España. JANO 2001.
  • Aguillo E. Hipercolesterolemia familiar. Criterios diagnósticos y tratamientos actuales. Servicio de Endocrinología y Nutrición. Hospital Clínico Universitario de Zaragoza. Zaragoza. España. Endocrinol Nutr. 2005.
  • Ronchera-Oms L., González JM. Farmacia hospitalaria. Tomo 2. Capítulo 6: Terapia génica.
  • Zorzano A. Terapia génica en endocrinología: una aproximación realista. Parque Científico de Barcelona y Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. Universidad de Barcelona. Barcelona. España. Endocrinol Nutri. 2003.
  • Ruiz Castellanos M., Sangro B. Terapia génica: ¿Qué es y para qué sirve? Revista Anales del Sistema Sanitario de Navarra. 2005.
  • Mazzolini G., Ruiz J., Qian C. y Prieto J. La terapia génica: sus aportaciones a las enfermedades hepáticas y renales. Unidad de Terapia Génica. Departamento de Medicina Interna. Clínica Universitaria. Facultad de Medicina. Universidad de Navarra. Revista nefrología. Vol. XXI. Suplemento 1. 2001.
  • Nakamura Y., Esparza ML., Garrido L. Palomar VM., Olguín, Gallardo-Pérez JC. Aplicaciones terapéuticas del ARN de interferencia. Bioquimia, Vol. 34, Núm. 1, enero-marzo, 2009, pp. 26-36. Asociación Mexicana de Bioquímica Clínica. México.

 

 

La Biotecnología: Una Herramienta Útil Contra el Cáncer

Fig1_Vacunas_cancerHoy en día el cáncer es una de las enfermedades que más preocupa a la población mundial, debido a su alto grado de incidencia, sobre todo en países desarrollados. Es por eso que muchos investigadores han centrado sus estudios en comprender las bases moleculares de esta patología, con el fin de encontrar soluciones terapéuticas. Actualmente, la biotecnología está teniendo un papel muy importante en el desarrollo de mecanismos antitumorales. Una de las estrategias que está teniendo un mayor auge es el uso de vacunas contra determinadas moléculas que se sobreexpresan o se encuentran mutadas en células cancerosas, y que son reconocidas por el sistema inmune del organismo, pero que curiosamente no parecen despertar una respuesta inmunitaria [1].

Entre las moléculas  que actualmente se emplean  como dianas inmunitarias se encuentran las proteínas MUC1, CEA, hTERT, HER2, o p53, junto con otras proteínas en fases más iniciales de investigación, como la Survivina [2]. Cabe citar por ejemplo el desarrollo de vacunas centradas en la destrucción de células cancerígenas que contienen la molécula MUC1, una proteína bastante frecuente en células tumorales [3].

Los carbohidratos también constituyen blancos atractivos para la terapia antitumoral, pues son los antígenos más abundantes en la superficie de las células tumorales. La vacuna anti-idiotipo 1E10 contra el gangliósido NeuGcGM3, estudiada por el Centro de Inmunología Molecular de La Habana, es un ejemplo de ello [4]. Recientemente, en Madrid, la empresa Inmunotek, en colaboración con el Centro de Investigaciones Biológicas (CIB), también basa sus estudios de investigación en la caracterización de un carbohidrato tumoral de interés para el desarrollo de una nueva vacuna antitumoral.

Por tanto, las vacunas terapéuticas dirigidas a mejorar la respuesta inmunitaria de los pacientes con cáncer constituyen un planteamiento terapéutico extremadamente atractivo, pues la inducción del sistema inmunitario mediante vacunas tumoroespecíficas adecuadas podría llevar al propio organismo a eliminar de modo eficiente las células del cáncer y evitar su reaparición [5].

Leyla Blanco García y Marta Martínez López

Bibliografía:

[1] Curigliano G, Rescigno M, Goldhirsch A. Immunology and breast cancer: therapeutic cancer vaccines. Breast. 2007; 16 Suppl 2:S20-6.
[2] Tsuruma T, Iwayama Y, Ohmura T, Katsuramaki T, Hata F, Furuhata T, et al. Clinical and immunological evaluation of anti-apoptosis protein, survivin-derived peptide vaccine in phase I clinical study for patients with advanced or recurrent breast cancer. J Transl Med. 2008; 6:24.
[3]  Reddish M, MacLean GD, Koganty RR, Kan-Mitchell J, Jones V, Mitchell MS, et al. Anti-MUC1 class I restricted CTLs in metastatic breast cancer patients immunized with a synthetic MUC1 peptide. Int J Cancer. 1998; 76:817-23.
[4]  Toledo et al, La Vacuna Anti-Idiotipo 1E10: Experiencias en la  Inmunoterapia del Cáncer Avanzado. Cancerología 4, 2009; 143-146.
[5] Pejawar-Gaddy S, Finn OJ. Cancer vaccines: Accomplishments and challenges. Crit Rev Oncol Hematol. 2008; 67:93-102.