Mutaciones Mutaciones inestablesinestables

Isabel Castro Volio MD, MSc.Isabel Castro Volio MD, MSc.

INISAINISA

SinónimosSinónimos

Mutaciones inestables,Mutaciones inestables,mutaciones dinámicas,mutaciones dinámicas,Mutaciones por inestabilidad de Mutaciones por inestabilidad de repeticionesrepeticionesmutaciones por amplificación del ADN,mutaciones por amplificación del ADN,mutaciones por tripletas repetidas,mutaciones por tripletas repetidas,mutaciones por expansiones de mutaciones por expansiones de trinucleótidostrinucleótidos

Inestabilidad de repeticionesInestabilidad de repeticiones

Tipo de mutación ligada con más de 40 Tipo de mutación ligada con más de 40 trastornos trastornos – NeurológicosNeurológicos– NeurodegenerativosNeurodegenerativos– NeuromuscularesNeuromusculares

Proceso dinámico de mutación, con productos Proceso dinámico de mutación, con productos que continúan mutando dentro de los tejidos y que continúan mutando dentro de los tejidos y entre las generaciones (inestabilidad somática y entre las generaciones (inestabilidad somática y germinal)germinal)

El ADN repetitivoEl ADN repetitivo

Secuencias de ADN no codificante Secuencias de ADN no codificante repetidas en tandem:repetidas en tandem:– MicrosatélitesMicrosatélites

– MinisatélitesMinisatélites

– SatélitesSatélites

– Megasatélites Megasatélites

Otras secuencias repetidasOtras secuencias repetidas

Pequeñas repeticiones de Pequeñas repeticiones de secuencias de ADNsecuencias de ADN

Numerosas en el genomaNumerosas en el genoma

Localizadas cerca o dentro de unidades Localizadas cerca o dentro de unidades de transcripción (genes)de transcripción (genes)

Función ?Función ?

Expansiones de ciertas secuencias Expansiones de ciertas secuencias repetidas de nucleótidos se asocian a repetidas de nucleótidos se asocian a varias patologías hereditarias.varias patologías hereditarias.

Tipos de microsatélites

También se les llama short tandem repeats (STRs), son repeticiones desde una hasta 6 pares de bases, en tandem

Tipos de repeticiones asociadas con patologíaTipos de repeticiones asociadas con patologíaTrinucleótidos, la unidad repetida son 3 pbTrinucleótidos, la unidad repetida son 3 pb::– Es la categoría más ampliaEs la categoría más amplia

Tetranucleótidos, 4 pb:Tetranucleótidos, 4 pb:– Distrofia miotónica tipo 2 (DM2)Distrofia miotónica tipo 2 (DM2)

Pentanucleótidos, 5 pb:Pentanucleótidos, 5 pb:– Ataxia espinocerebelar 10 (SCA10)Ataxia espinocerebelar 10 (SCA10)

Minisatélites, 7-64 pb:Minisatélites, 7-64 pb:– Epilepsia progresiva mioclónica 1(EPM1), insulina Epilepsia progresiva mioclónica 1(EPM1), insulina

(INS)(INS)

Megasatélites varias kb:Megasatélites varias kb:– Distrofia muscular fascioescápulohumeral 1A Distrofia muscular fascioescápulohumeral 1A

(FSHND1A)(FSHND1A)

Síndrome del cromosoma X Síndrome del cromosoma X frágilfrágil

El sitio frágil se ubica en Xq27.3

Esquema de la localización de tripletas repetidas en diferentes trastornos genéticos. En rojo las regiones traducidas, en celeste las regiones 5’ y 3’ no traducidas y en azul los intrones.

Adaptado de Sinden et al. 2002.

Mutaciones inestablesMutaciones inestablesSíndrome del cromosoma X frágil:Síndrome del cromosoma X frágil:– primera causa de retardo mental hereditarioprimera causa de retardo mental hereditario– 6% de la población con retardo mental moderado - 6% de la población con retardo mental moderado -

severosevero

Distrofia miotónica:Distrofia miotónica:– principal distrofia muscular del adultoprincipal distrofia muscular del adulto

Enfermedad de Huntington, las tres Enfermedad de Huntington, las tres enfermedades son:enfermedades son:– discapacitantesdiscapacitantes– anticipación genéticaanticipación genética– dominantesdominantes– requieren terapia génicarequieren terapia génica

Síndrome del Cromosoma X FrágilSíndrome del Cromosoma X Frágil

Herencia: dominante ligada al sexo Mutación: en el gen FMR1 Xq27.3 -una expansión de la tripleta CGG en el extremo 5’ no codificante -inestabilidad meiótica y somática.

•Individuos normales: ~ 5 - ~ 44 repeticiones CGG•Alelos intermedios: ~ 45 - ~ 54•Con premutación: ~ 55 - ~ 200 / 230•Pacientes con FRAXA: ~ 201/ 230 o más repeticiones

La FMRP = 69 kD

El gen FMR1 abarca 38 kb y consiste de 17 exones.

Codifica un transcripto de 4.4 - 4.8 kb que se traduce en una proteína de 614 aa.

Tiene varios sitios de corte y empalme (splicing) alternativo.

El exon 1 es muy rico en CG.

La repetición CGG se encuentra dentro del exon 1 en la 5’UTR.

250 bp corriente abajo de la (CGG)n hay una isla CpG que cuando se metila silencia el gen.

FMRP

FMRP liga ARN selectivamente, forma un complejo de ribonucleoproteína mensajera que se asocia con los poli-ribosomas.

Podría estar implicada en la regulación de la traducción a nivel de neuronas via microARNs,

La proteína FMRP pesa 69 kDa y se producen muchas isoformas debido al splicing alternativo. Se expresa básicamente en el cerebro, específicamente en las neuronas, y en los testículos.

FMRP es una proteína que liga ARN y se asocia con los poliribosomas en traducción como parte de una gran ribonucleoproteína mensajera (mRNP) y modula la traducción de sus ligandos al ARN.

La FMRP se localiza en las sinapsis y su ausencia altera la plasticidad sináptica, la cual se implica en el aprendizaje y la memoria.

Clínica del síndrome del cromosoma X frágil

• Cara larga y angosta• Orejas protuberantes• Mentón prominente• Macroorquidismo• Retardo Mental• Hiperactividad• Rasgos autistas- aleteo y mordisqueo de las manos- no contacto visual•Deficiente integración sensorial•Varones 100% afectados, • Mujeres < 50% afectadas.

FRAXA, cuadro clínico en varones:

El fenotipo MARTIN-BELL:

• Cara larga y angosta,

• orejas y mentón prominentes

• macro-orquidismo

Fenotipo en el varónFenotipo en el varón

Acentuación del fenotipoAcentuación del fenotipo

PREVALENCIA DEL SÍNDROME X FRÁGIL

• Se encuentran casos en todos los grupos étnicos.

• Afecta 1 : 4 500 varones

• afecta 1 : 9 000 mujeres

• la prevalencia de la pre-mutación es

• ~1 : 800 varones

• ~1 : 250 mujeres

Diagnóstico citogenético

Diagnóstico del cromosoma X frágil

Diagnóstico del cromosoma X frágil

PCR

Síndrome del cromosoma X frágil (FRAXA)

1 : 4 000 varones

Genética: - dominante ligada al Cromosoma X

- amplificación CGG en el FMR1, Xq27.3 - la mutación completa tiene transmisión materna. - la amplificación causa la inactivación del gen por metilación de la región promotora.- efecto fundador- anticipación genética

emedicine.medscape.com eMedicine Specialties > Pediatrics: Genetics and Metabolic Disease > GeneticsFragile X SyndromeJennifer A Jewell, MD, MS, Assistant Professor, Department of Pediatrics, University of Vermont School of Medicine; Pediatric Hospitalist, The Barbara Bush Children's Hospital at Maine Medical CenterUpdated: Jul 21, 2010

Lectura obligatoria:

Distrofia miotónica

Prevalencia

1 : 8 000 en caucásicos1 : 20 000 en japoneses1 : 475 en Quebec, Canadá

África, únicamente una familia nigeriana.

En Costa Rica, desconocida por el momento.

GenéticaGenética

Herencia dominante con expresión variable, Herencia dominante con expresión variable, penetrancia incompleta y anticipación.penetrancia incompleta y anticipación.

Expansión de la tripleta CTG inestable, localizada Expansión de la tripleta CTG inestable, localizada en el extremo 3’ no traducido del gen en el extremo 3’ no traducido del gen DMPKDMPK y en y en la región promotora del gen la región promotora del gen SIX5 SIX5 en 19q13.3en 19q13.3

Inestabilidad meiótica y somática.Inestabilidad meiótica y somática.

Individuos normales: 5-38 repeticiones CTGIndividuos normales: 5-38 repeticiones CTG

Pacientes con DM: 50-1000 o más repeticionesPacientes con DM: 50-1000 o más repeticiones

Inicio de Traducción

Gen DMPKFin de Traducción

5’ 3’

10 11 13 14 15

CTG

987654321

5-37 rep

50-80 rep

100- 2000 rep

Normal

Premutaciones

Afectados

Intrón 6 Exón 8Intrón 4 Exón 9

Tel12

Cen

Tel

Cen

Telómero

Centrómero

Categorías de pacientes según tamaño de Categorías de pacientes según tamaño de la amplificación en correlación con el la amplificación en correlación con el

fenotipo fenotipo

I AsintomáticoI Asintomático

II Enfermedad más leve.II Enfermedad más leve.

III Expresión clásica del adulto.III Expresión clásica del adulto.

IV Expresión pediátrica.IV Expresión pediátrica.

V Congénita > 1 500 repeticiones CTGV Congénita > 1 500 repeticiones CTG

Cuadro clínico DM1Cuadro clínico DM1

Atrofia progresiva músculos esqueléticosAtrofia progresiva músculos esqueléticos

Relajación muscular afectada (miotonía)Relajación muscular afectada (miotonía)

Defectos conducción Defectos conducción arritmias cardiacas arritmias cardiacas

Cataratas iridiscentes de inicio tempranoCataratas iridiscentes de inicio temprano

Resistencia a la insulina e hiperinsulinemiaResistencia a la insulina e hiperinsulinemia

Insuficiencia testicularInsuficiencia testicular

Calvicie frontalCalvicie frontal

Función alterada del SNC (trastornos cognitivos, Función alterada del SNC (trastornos cognitivos, somnolencia, trastornos del comportamiento,…)somnolencia, trastornos del comportamiento,…)

Inestabilidad de la mutación

•Está directamente relacionada con el tamaño de la amplificación: -repeticiones en el ámbito normal son polimorfismos estables. - si sobrepasan el tamaño umbral de ~ 40 (DM) se

vuelven inestables.

•Es más probable que ocurran expansiones, aunque también se ha descrito la ocurrencia de contracciones.

•Existe correlación negativa entre edad de expresión y tamaño de la amplificación.

Clínica de la Distrofia Miotónica

• Miotonía, desgaste y debilidad muscular progresiva, calvicie, cataratas, problemas respiratorios, arritmias cardiacas, atrofia testicular, resistencia a la insulina.

• Aparece en el adulto joven, afectando en grado variable los diferentes sistemas, acorta la vida, y es discapacitante.

• Existe una forma congénita con hipotonía, diplejia facial, retardo mental, defectos en la deglución y succión.

Harper,P.S. In: Genetic Inatabilities and Heredetary Neurological Disorders, p.122,1998

Distrofia Miotónica

•Herencia: autosómica dominante con penetrancia incompleta y expresión variable.

•Mutación: en el gen DMPK localizado en 19q13.3 -una expansión de la tripleta CTG en el extremo 3’ no codificante -inestabilidad meiótica y somática.

•Individuos normales: 5-37 repeticiones CTG•Pacientes con DM: 50-1000 o más repeticiones

ANTICIPACIÓN

Edad y causas de muerte en DM1Edad y causas de muerte en DM1

Estudio longitudinal en Holanda de 180 pacientes con Estudio longitudinal en Holanda de 180 pacientes con DM1 clásica : Edad promedio de fallecimiento en DM1 clásica : Edad promedio de fallecimiento en varones fue de 59 años, y en mujeres de 60 años.varones fue de 59 años, y en mujeres de 60 años.

Sobrevivencia observadaSobrevivencia observada

a los 25 años 99% vs 99% de la pob generala los 25 años 99% vs 99% de la pob general

45 años 88% vs 95% 45 años 88% vs 95%

65 años 18% vs 78%65 años 18% vs 78%

Causas de muerte: neumonías y arritmias cardíacas: Causas de muerte: neumonías y arritmias cardíacas: 73%73%

50% de los pacientes estaban confinados a la silla de 50% de los pacientes estaban confinados a la silla de ruedas en el momento de la muerteruedas en el momento de la muerte

Otros estudios: esperanza de vida en DMC 35 años.Otros estudios: esperanza de vida en DMC 35 años.

Enfermedad de Huntington (HD)Enfermedad de Huntington (HD)

•Descrita por George Huntington en 1872

•Sinónimos: Corea de Huntington, mal o baile de San Vito

Enfermedad de Huntington (HD)Enfermedad de Huntington (HD)

Enfermedad neurodegenerativa y progresiva del SNCEnfermedad neurodegenerativa y progresiva del SNC

Es uno de los trastornos hereditarios del cerebro más frecuentesEs uno de los trastornos hereditarios del cerebro más frecuentes

Presente en todos los grupos étnicosPresente en todos los grupos étnicos

Prevalencia:Prevalencia:

- - 5-10: 100 000 en caucásicos5-10: 100 000 en caucásicos- 0.01: 100 000 en africanos- 0.01: 100 000 en africanos- 0.11-0.45: 100 000 en japoneses- 0.11-0.45: 100 000 en japoneses- 0.2-0.4: 100 000 en chinos- 0.2-0.4: 100 000 en chinos-12:100 000 Tasmania (Australia)-12:100 000 Tasmania (Australia)

-Región de Zulia (NO Venezuela, junto al lago Maracaibo): 40% -Región de Zulia (NO Venezuela, junto al lago Maracaibo): 40% de la población está en riesgo, al menos hay 1000 personas de la población está en riesgo, al menos hay 1000 personas mostrando síntomas y otros 3000 más son presintomáticosmostrando síntomas y otros 3000 más son presintomáticos

Enfermedad / corea de HuntingtonEnfermedad / corea de Huntington

NeurodegenerativaNeurodegenerativa

Age of onset promedio a los 40 añosAge of onset promedio a los 40 años

10 - 15 años después sobreviene la muerte10 - 15 años después sobreviene la muerte

Afecta ambos sexos por igual.Afecta ambos sexos por igual.

Afecta a todos los grupos étnicos, pero es Afecta a todos los grupos étnicos, pero es más frecuente en europeos occidentales más frecuente en europeos occidentales (1/10 000).(1/10 000).

Autosómica dominante.Autosómica dominante.

Expansiones de la tripleta CAGExpansiones de la tripleta CAG

Enfermedad de Huntington, Enfermedad de Huntington, clínicaclínica

Alteraciones motoras = Corea progresiva Alteraciones motoras = Corea progresiva – Trastorno caracterizado por movimientos Trastorno caracterizado por movimientos

rápidos, involuntarios, inútiles, como flexionar y rápidos, involuntarios, inútiles, como flexionar y extender los dedos, elevar y descender los extender los dedos, elevar y descender los hombros o realizar muecas. Progresa hacia hombros o realizar muecas. Progresa hacia movimientos como danzantes que involucran todo movimientos como danzantes que involucran todo el cuerpo.el cuerpo.

AlteracionesAlteraciones psiquiátricaspsiquiátricas..

DeterioroDeterioro intelectual, cognitivo.intelectual, cognitivo.

Edad de manifestaciónEdad de manifestación

HD clásica:HD clásica: 30 y 50 años de edad (manifestación tardía) 30 y 50 años de edad (manifestación tardía)

HD infantil:HD infantil: < 10 años de edad (1-3%) < 10 años de edad (1-3%)

HD juvenil (variante Westphal):HD juvenil (variante Westphal): < < 20 años 20 años de edad (5- de edad (5-10%)10%)

HD inicio tardío:HD inicio tardío: >50 años de edad (20%) >50 años de edad (20%)

El curso es progresivo, con una evolución media de unos 15-20 años desde el inicio de los síntomas hasta la muerte

Se afectan regiones muy específicas: empieza en el núcleo caudado, continúa expandiéndose hacia el putamen y el globus pallidus. Las neuronas dejan de funcionar y luego mueren, esta pérdida neuronal puede disminuir el peso del cerebro un 25% o hasta un 40%.

El gen de la corea de HuntingtonEl gen de la corea de Huntington

Se llama IT15 = Important Transcript 15.Se llama IT15 = Important Transcript 15.

Abarca ~ 185 kb de ADN genómico en 4p16.3.Abarca ~ 185 kb de ADN genómico en 4p16.3.

Contiene 67 exones, la repetición CAG está en Contiene 67 exones, la repetición CAG está en el exon 1.el exon 1.

Dos transcriptos principales de ARNm.Dos transcriptos principales de ARNm.

Codifica la proteína “huntingtina” (htt) Codifica la proteína “huntingtina” (htt)

La repetición CAG se traduce en una región de La repetición CAG se traduce en una región de poliglutaminas que causa ganancia dominante poliglutaminas que causa ganancia dominante de función.de función.

Mutación responsable de la HDMutación responsable de la HD

Esquema del gen IT-15 ó HD e intervalos según el número de repeticiones CAG

Adaptado de Potter et al. 2004

1993: identificación de la alteración genéticaExpansión del trinucleótido CAG en el exón 1 del gen IT-15 ó HD, cerca del extremo 5’ segmento PoliQ:Huntingtina (htt)

Gen IT-15 ó HDExón 1

Genética: MutaciónGenética: MutaciónLos cromosomas normales poseen de 9 a 35 Los cromosomas normales poseen de 9 a 35 repeticiones CAG, con una moda de 18 repeticiones CAG, con una moda de 18

Los cromosomas CH poseen de 36 a 121 repeticiones Los cromosomas CH poseen de 36 a 121 repeticiones CAG y la moda es de 48CAG y la moda es de 48

Se han reconocido 4 intervalos de tamaños de Se han reconocido 4 intervalos de tamaños de repeticiones CAG asociados con riesgos variables de repeticiones CAG asociados con riesgos variables de la enfermedad:la enfermedad:

A. A. Normal: Normal: 28 repeticiones 28 repeticiones

B. No penetrante con inestabilidadB. No penetrante con inestabilidad meiótica paterna: 29 a 35 repeticionesmeiótica paterna: 29 a 35 repeticiones

C. Penetrancia reducida con inestabilidad C. Penetrancia reducida con inestabilidad meiótica paterna: meiótica paterna: 36 a 39 repeticiones36 a 39 repeticiones

D.D. CCH: H: 40 repeticiones 40 repeticiones

Susceptibles a expansión

Inestabilidad intergeneracional de la repetición CAGInestabilidad intergeneracional de la repetición CAG

En la gametogénesis, sobre todo en la En la gametogénesis, sobre todo en la transmisión por el varón.transmisión por el varón.En > 80% de las transmisiones de un padre o En > 80% de las transmisiones de un padre o una madre CH, el # de CAG una madre CH, el # de CAG o o en una o en una o pocas unidades.pocas unidades.A veces en una transmisión paterna el aumento A veces en una transmisión paterna el aumento en el # de repeticiones es muy grande en el # de repeticiones es muy grande aparición juvenil de la CH (> 60-70 aparición juvenil de la CH (> 60-70 repeticiones).repeticiones).Mosaicismo en el tamaño de las repeticiones en Mosaicismo en el tamaño de las repeticiones en los espermatozoides de los varones CH.los espermatozoides de los varones CH.

Enfermedad de HuntingtonEnfermedad de Huntington

Típicamente entre 30-40 años, a veces entre 2-90 Típicamente entre 30-40 años, a veces entre 2-90 años.años.

Expresión juvenil asociada a transmisión por linaje Expresión juvenil asociada a transmisión por linaje paternopaterno

Casos “esporádicos”: expansiones ocurridas en Casos “esporádicos”: expansiones ocurridas en las meiosis de individuos sanos de sexo masculino las meiosis de individuos sanos de sexo masculino con 36 - 39 repeticiones.con 36 - 39 repeticiones.

Mutaciones “nuevas” ~ 3%, surgen de alelos Mutaciones “nuevas” ~ 3%, surgen de alelos paternos intermedios, con 29 - 35 repeticiones.paternos intermedios, con 29 - 35 repeticiones.Riesgo del 50%Riesgo del 50%Presenta el fenómeno de Presenta el fenómeno de anticipación genéticaanticipación genéticala huntingtina tiene función ¿?.la huntingtina tiene función ¿?.

Ganancia de función tóxica de la httGanancia de función tóxica de la htt

No hay CH en deleciones del gen IT15.No hay CH en deleciones del gen IT15.

No hay CH en translocaciones que cortan el No hay CH en translocaciones que cortan el gen IT15.gen IT15.

El fenotipo de los heteros y los homos es =.El fenotipo de los heteros y los homos es =.

Fenotipo dominante.Fenotipo dominante.

No mutaciones de ninguna clase excepto No mutaciones de ninguna clase excepto inestables.inestables.

Los niveles de htt son = para alelos normales y Los niveles de htt son = para alelos normales y mutadosmutados

Neuronas con inclusiones de poliglutaminaNeuronas con inclusiones de poliglutamina

Típicas en CH, SCA1, SCA3, SCA7, Típicas en CH, SCA1, SCA3, SCA7, DRPLA, SBMA.DRPLA, SBMA.

Inclusiones de proteínas con Inclusiones de proteínas con poliglutamina + ubicuitina.poliglutamina + ubicuitina.

Estas inclusiones correlacionan con Estas inclusiones correlacionan con promoción de la apoptosis.promoción de la apoptosis.

Se llaman inclusiones intranucleares Se llaman inclusiones intranucleares neuronales (NII) pero en CH también neuronales (NII) pero en CH también hay inclusiones citoplasmáticas.hay inclusiones citoplasmáticas.

Lectura obligatoriaLectura obligatoria

emedicine.medscape.comemedicine.medscape.com  

eMedicine Specialties > Neurology > Movement and eMedicine Specialties > Neurology > Movement and Neurodegenerative DiseasesNeurodegenerative DiseasesHuntington DiseaseHuntington DiseaseFredy J Revilla, MD,Fredy J Revilla, MD, Assistant Professor of Neurology, Head of Assistant Professor of Neurology, Head of Division of Movement Disorders, Department of Neurology, Division of Movement Disorders, Department of Neurology, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati Veterans University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati Veterans Affairs Medical CenterAffairs Medical CenterJaime Grutzendler, MD,Jaime Grutzendler, MD, Assistant Professor, Department of Assistant Professor, Department of Neurology and Physiology, Northwestern University School of Neurology and Physiology, Northwestern University School of Medicine; Medicine; Travis R Larsh,Travis R Larsh, Co-op Student, Department of Co-op Student, Department of Neurology, University of Cincinnati College of MedicineNeurology, University of Cincinnati College of MedicineUpdated: Aug 4, 2010Updated: Aug 4, 2010

Mutaciones dinámicas, resumenMutaciones dinámicas, resumen

Sexo de transmisiónSexo de transmisión– en la > de enf por repeticiones de CAG, + severa si es paterna,en la > de enf por repeticiones de CAG, + severa si es paterna,– en FRAXA y en DM hay > variación de tamaño en la transmisión en FRAXA y en DM hay > variación de tamaño en la transmisión

maternamaterna

Inestabilidad somática y germinalInestabilidad somática y germinal

Patrones de expresión tisularPatrones de expresión tisular

Mosaicismo y posición dentro de los genes Mosaicismo y posición dentro de los genes afectadosafectados– la > de las (CAG)la > de las (CAG)n n en región codificante, excepto SCA12 (5’UTR)en región codificante, excepto SCA12 (5’UTR)