SEMANTICA Y DATOS DE BASE DE LA GENETICA PARA MEDICOS GENERALES
París, Francia
Una introducción al nuevo lenguaje de la genética orientado a los médicos generales.
Archives des Maladies du Coeur et des Vaisseaux 96(11):1022-1029, Nov 2003
Autores:
Swynghedauw B
Institución/es participante/s en la investigación:
U572-Inserm, Hôpital Lariboisière, París, Francia
Título original:
[Génétique pour les Non-Généticiens: Sémantique et Données de Base]
Título en castellano:
Genética para No Genetistas. Semántica y Datos Básicos
Introducción
La publicación reciente de la estructura del genoma humano constituye un acontecimiento
biológico importante que se asocia con una verdadera revolución en la investigación médica básica
o aplicada. La genética, al igual que la cardiología, posee un lenguaje propio que no es fácilmente
comprensible por el médico general, sobre todo para los que no son tan jóvenes. El presente estudio
propone hacer un poco más accesibles, comenta el autor, las nociones concernientes a la estructura
del ADN, la definición de los genes y de sus elementos reguladores, el polimorfismo del ADN y las
consideraciones genéticas.
Semántica básica
El ADN es el portador del código genético a partir del cual se transcribe al ARN mensajero, el
que a su vez sirve de modelo para la síntesis de la estructura primaria de las proteínas (traducción).
Sin embargo, la función de las proteínas depende de su estructura terciaria y cuaternaria. Estas
estructuras no son automáticamente predeterminadas por la estructura primaria, por lo que existe un
verdadero "programa de repliegue" dirigido por proteínas acompañantes, que indican a la estructura
primaria de la molécula cómo replegarse para lograr una estructura espacial dada y una función
fisiológica.
Las porciones de la molécula de ADN que contienen el código genético y que son capaces de
transcribirse y traducirse en proteínas son sólo una pequeña parte del conjunto de esa enorme
molécula. Un gen contiene a la vez el código y los elementos que lo regulan. Existe una
localización precisa, que los genetistas llaman locus, en la molécula de ADN. El conjunto
de los genes constituye el genotipo, y se denomina fenotipo a todo aquello que es la manifestación
aparente del genotipo. Este término califica una función enzimática o celular, una vía metabólica, a
veces una función fisiológica, aunque es necesario saber que tal función o signo clínico es
generalmente el producto de la acción combinada de varios genes.
ADN
Es una doble hélice compuesta por dos monómeros entrelazados uno sobre otro. Cada
monómero se compone de una sucesión de nucleótidos que están constituidos por una molécula de
desoxirribosa, de ácido fosfórico y de una base purínica o pirimidínica. El encadenamiento de estas
moléculas no es simétrico, lo que permite definir la orientación de la molécula sobre bases
químicas. Por convención, el comienzo de un fragmento de ADN se encuentra en 5' y su
finalización en 3', por lo que un fragmento con estas características será llamado "en el sentido" 5'-
3', mientras que un fragmento 3'-5' se considerará "en sentido contrario". El encadenamiento es
repetitivo, y los nucleótidos se distinguen unos de otros solamente por su base purínica (adenina
[A] y guanina [G]), o pirimidínica (citosina [T] y timina [T]). La timina es específica del ADN, ya
que no se encuentra en el ARN, en donde es reemplazada por la uridina [U]. Estas bases tienen
afinidades específicas unas por otras (T-A, U-A para el ARN y C-G).
La estructura de cada una de las dos hélices o cadenas es la misma, aunque en espejo, y la
secuencia de las bases de una de las cadenas determina en forma complementaria la de la otra. Esta
especificidad de apareamiento es la base de toda la genética molecular, ya que permite la puesta en
marcha del proceso permanente de reparación del ADN. La orientación de la molécula entera o de
un fragmento de ADN se realiza según algunas convenciones. El fragmento 5'-3' se llama
codificador porque tiene la misma secuencia y orientación que el ARN mensajero. In vitro
se puede transcribir el fragmento codificador en un anti-ARN mensajero llamado "en sentido
contrario", el que puede servir para hibridar y neutralizar el ARN mensajero, técnica habitualmente
utilizada para bloquear la expresión de un mensajero en los modelos transgénicos.
La unidad de longitud utilizada es el nucleótido, que contiene por definición una base o, si está
apareado, un par de bases.
Cromosomas
La casi totalidad del ADN se encuentra en el núcleo, aunque existe también un ADN circular
mitocondrial. En un mismo individuo, todas las células sin excepción contienen el mismo ADN. El
ADN nuclear se encuentra en estructuras visibles al microscopio, los cromosomas, que contienen
también toda una serie de proteínas necesarias para la transcripción. Los cromosomas son
estructuras visibles durante la mitosis y tienen forma de cruz, cuyos brazos se llaman telómeros (2
brazos largos q y 2 brazos cortos p). Al emplear ciertas coloraciones se ponen en evidencia bandas
reproducibles que permiten establecer mapas, por lo que los cromosomas son divididos y
subdivididos en sectores numerados. Esta técnica se utiliza normalmente para localizar los genes (el
gen del receptor de LDL sobre el que se encuentran las mutaciones responsables de la
hipercolesterolemia familiar se ubica en el cromosoma 19 en p13.1-13.3). Los cromosomas
humanos son lineales y en la extremidad de sus telómeros poseen estructuras complejas que
estabilizan la longitud. La enzima que asegura esta función, una telomerasa, juega un papel
importante en el proceso de envejecimiento.
El cariotipo es la presentación de los 22 pares de cromosomas autosómicos y del par de
cromosomas sexuales XX en la mujer y XY en el hombre. Se numeran, por convención, por su
tamaño, siendo el cromosoma 1 el más grande.
El cromosoma específico Y es frecuentemente utilizado como marcador y ha permitido, por
ejemplo, identificar células del receptor en el órgano trasplantado. La región responsable del
fenotipo masculino está situada en ese cromosoma, en Yp11.32. En el curso del desarrollo de la
mujer, la mayoría de los genes de 1 de los 2 cromosomas sexuales X son inactivados, con el
objetivo de equilibrar los niveles de expresión de los genes portados por el cromosoma X entre
células masculinas y femeninas.
Las enfermedades hereditarias del hombre existen casi únicamente en el cromosoma X. El
cromosoma Y, que es muy pequeño, contiene sólo un número ínfimo de anomalías genéticas. Es
necesario saber también que las mujeres heredan todas del mismo cromosoma sexual único X de su
padre. Existen muy pocas mitocondrias en los espermatozoides, por lo que las mutaciones
mitocondriales son habitualmente transmitidas por la mujer.
Genes
El código genético es un texto relacionado por medio de las 4 bases organizadas en triplete (el
codón), y que se expresa en una lengua diferente por medio de los 20 aminoácidos que componen
las proteínas. A un solo aminoácido le pueden corresponder varios tripletes y existen tripletes que
no tienen ninguna traducción. El gen está comprendido en un codón AUG y en los codones
llamados de fin de traducción.
El ADN anónimo o no génico se encuentra disperso por todo el genoma. Ciertas secuencias
repetitivas son fáciles de identificar y sirven habitualmente como marcadores en los estudios
genéticos. Además, una gran parte del ADN codifica para ARN que no será traducido en forma de
proteínas, tales como el ARN ribosómico y el ARN de transferencia.
Un gen es un fragmento de la secuencia de ADN que sirve para elaborar una proteína. Esta
definición incluye la parte codificadora, los exones y también la parte reguladora, cuya longitud es
variable y a veces desconocida. Es necesario destacar que los genes responsables en común de una
función particular, no se encuentran necesariamente en el mismo cromosoma, y esta distribución es
producto del azar.
La regulación de la transcripción se efectúa a nivel del promotor y de las secuencias
amplificadoras, y es allí en donde se encuentran las distintas secuencias específicas de los factores
de transcripción, como el elemento que responde al AMP cíclico, a los receptores de la aldosterona,
de la tiroxina o de los estrógenos.
Datos básicos en genética
Polimorfismo genotípico
Los seres vivos no se parecen, ya que su fenotipo es diferente y es el fruto de su evolución, la
base misma de la existencia (y también del racismo) y de la medicina. Existe en el polimorfismo de
los seres vivos en general, así como en la génesis de las afecciones, una parte genética y una parte
medioambiental, y el debate para la aterosclerosis o la génesis del cáncer es uno de los más
importantes en la escala de los seres vivos.
El polimorfismo del ADN puede ser debido a mutaciones de origen químico, aunque inicialmente
es el reflejo de un entrecruzamiento genético normal que se produce en el momento de la
reproducción, esencialmente durante el curso de la meiosis. Puede estar en la porción anónima del
genoma, y servir de marcador para localizar genes. Puede también estar en los genes, pero aun en
esos casos no produce generalmente modificaciones. Esas modificaciones pueden ser neutras o
beneficiosas, confiriéndole una ventaja selectiva a su portador, o bien deletéreas, tratándose
entonces de una enfermedad genética.
Orígenes
Existen dos tipos de células humanas: las somáticas, que son diploides (2n), debido a que los
cromosomas que las componen se presentan de a pares, y las células germinales (espermatozoides y
ovocitos) que son haploides (1n), ya que sus cromosomas son todos únicos y no apareados. En el
momento de la división celular los cromosomas de las células somáticas o autosómicas, no
germinales, se desdoblan y cada una de las dos células hijas recibe exactamente el mismo capital
genético. En las células germinales o gametos su división es llamada reductora, porque lleva a la
formación de células hijas 1n. Pero, además, esa división se asocia con entrecruzamiento
considerable de la información, y es en el curso de dicho entrecruzamiento que se pueden producir
errores. Durante la primera división los cromosomas homólogos se aparean a lo largo, formando un
rulo de dos brazos (sinapsis). Ocurrirán enseguida, al azar, cortes entre las dos cromátides
homólogas, y esos cortes serán seguidos por religaduras con intercambio de información genética,
por recombinación de fragmentos de cromátides homólogas, en el proceso llamado de
entrecruzamiento. Dicho entrecruzamiento no constituye la única fuente del polimorfismo, pero es
la principal, y se comprende fácilmente que un marcador anónimo será tanto más informativo
cuanto más cercano esté del gen implicado, que es lo que se denomina distancia genética. Durante
el entrecruzamiento, existen todas las posibilidades de reencontrarse en el fragmento recombinante
en donde está situado el gen.
Nomenclatura
Los alelos son las versiones alternativas de un mismo gen y ocupan el mismo locus,
aunque estas versiones no alteran siempre la función del gen. Por extensión se utiliza este
término para calificar las versiones alternativas de una misma secuencia anónima de ADN: las
secuencias repetitivas CA-CA-CA son llamadas alélicas porque en un mismo locus se
encuentra, por ejemplo, CA 5 veces en un individuo y 7 en otro.
Un haplotipo está constituido por varios alelos cercanos, y este bloque de alelos constituye
entonces un fuerte marcador, debido a que dicha asociación es rara. Existe en ese caso un
desequilibrio de unión, lo que significa que esos pares de alelos se asocian más frecuentemente
entre ellos que lo que lo haría el azar o la proximidad física. Esto también significa que al final de
la meiosis existen menos recombinaciones que las obtenidas por el simple azar, y que ciertos
polimorfismos son invariablemente transmitidos juntos, inversamente a lo que haría el azar.
Localización
Los polimorfismos interesantes deben ser localizados en la molécula con el fin de poder aislar
el gen implicado. Existen dos tipos de mapas de ADN: el mapa físico en pares de bases, y el mapa
genético en el que los loci son definidos unos en relación con los otros, siendo la unidad el
centiMorgan(cM), que corresponde a una frecuencia de recombinación del 1%. El genoma humano
mide aproximadamente 3 000 millones de pares de bases y 3 300 cM.
Enfermedades genéticas
Las enfermedades genéticas monogénicas son el resultado de una única mutación en un solo
gen que aparece una sola vez en un individuo. La anemia drepanocítica entra en esta categoría, y
proporciona a los portadores una ventaja evolutiva, ya que éstos son más resistentes al paludismo.
En otras enfermedades monogénicas se obtiene el mismo fenotipo por varias mutaciones diferentes
ubicadas en el mismo gen, o en genes diferentes que pertenecen a la misma familia, como en las
miocardiopatías hipertróficas.
Las enfermedades genéticas multigénicas están mal definidas, ya que la mutación no puede ser
detectada sino luego del análisis del árbol genealógico de varias familias. Puede ser autosómica, no
ligada al sexo, o relacionada con el sexo masculino en el cromosoma Y. El gen transmitido puede
ser de penetración débil o fuerte, según se exprese tardía o tempranamente en la vida. Puede ser
dominante o recesivo según se exprese aun en un heterocigota, o sólo en los homocigotas. Dicha
penetración se realiza según las leyes de Mendel para las enfermedades monogénicas simples. La
transmisión de enfermedades multigénicas implica la interferencia entre varias anomalías genéticas,
entre las cuales algunas sólo pueden ser menores o solamente creadoras de susceptibilidad, y es
llamada no mendeliana.
Genética inversa
Consiste en investigar el gen responsable de una enfermedad estudiando la herencia de sus
marcadores y, por aproximaciones sucesivas frecuentemente muy largas, definir el cromosoma y el
segmento en donde se ubica la anomalía. La frecuencia con la cual el marcador y el gen de interés
se pueden recombinar varía entre 0 y 50%. Cuando es 0, el marcador está situado en el gen mismo.
Por el contrario, el 50% significa que la asociación es totalmente aleatoria. El análisis estadístico
consiste en calcular las posibilidades que tienen las dos secuencias de estar relacionadas con
diferentes frecuencias de recombinación. El análisis de ligazón consistirá entonces en testear la
posibilidad de unión, opuesta a la probabilidad de independencia para diferentes frecuencias de
unión.
Abordaje gen-candidato
Consiste en testear si un gen, que tiene un rol biológico conocido en la fisiopatología de la
afección genética estudiada, es efectivamente la causa, y si una mutación de dicho gen tiene
efectivamente en cuenta los aspectos clínicos. Para los factores de riesgo como la diabetes, las
hiperlipidemias o la hipertensión arterial esencial, la lista de candidatos es larga. Esos diferentes
abordajes convergen ahora en un abordaje del candidato posicional, basado en la utilización de
bancos de datos, es decir, hacia la investigación del gen directamente en la región alterada
identificada. Nuestros ancestros lejanos ingerían 10 veces menos sal que nosotros, y durante cientos
de miles de años han podido seleccionar genes capaces de retener y economizar esa preciada
sustancia. Desde hace algunos cientos de años, la sal se encuentra fácilmente disponible, por lo que
es lógico involucrar, como se ha hecho, los genes retenedores de sal como los candidatos de origen
de la parte hereditaria de la hipertensión esencial.
Fenotipo/genotipo
Un mismo genotipo no produce siempre un mismo fenotipo; para esto se invoca la acción del
medio ambiente, generalmente sin pruebas, la existencia de genes de susceptibilidad, o de
mutaciones todavía no evidenciadas, si bien hay que reconocer que la prueba de relación causal es
de dificultosa obtención, y el medio más utilizado apela a los modelos transgénicos. El hecho
inverso es también cierto: un mismo fenotipo puede obtenerse por mutaciones diferentes. En la
mayoría de los casos aparece por mutaciones en genes distintos, existe convergencia genética y el
nudo del problema es el signo clínico. La miocardiopatía hipertrófica y el QT largo se deben a
mutaciones ubicadas en genes muy diversos; el conocimiento de esas mutaciones raras ha
permitido esclarecer la fisiopatología de afecciones adquiridas similares mucho más frecuentes,
tales como la hipertrofia secundaria o QT largo secundarios a la insuficiencia cardíaca. Las
relaciones de este tipo, ya complicadas por afecciones monogénicas, lo son más aun para las
multigénicas, que no son las mismas, por lo que se deberá ser muy riguroso antes de aceptar
considerar determinado polimorfismo como factor de riesgo, regla que está lejos de ser tenida en
cuenta en el momento presente, concluye el autor.
Autoevaluación de Lectura
Un locus es:
A. Una localización precisa en la molécula de ARN.
B. Una unidad de medición genética.
C. Un sinónimo de genotipo.
D. Una localización precisa en la molécula de ADN.
Respuesta
Correcta
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