Avances en Genética relacionados con padecimientos digestivos

Centro de Investigación Genética y Genómica, Universidad UTE, Facultad de Ciencias de la Salud Eugenio Espejo. PrePrint DOI: 10.13140/RG.2.2.26770.30407

https://www.researchgate.net/publication/330684943_AVANCES_EN_GENETICA_RELACIONADOS_CON_PADECIMIENTOS_DIGESTIVOS

En el 2003 se finalizó el Proyecto Genoma Humano, y se aceleró el ritmo en el descubrimiento de genes involucrados en el origen de las enfermedades humanas. Consecuentemente, los términos como ‘medicina genómica’ y ‘medicina personalizada’ emergieron para un apropiado manejo genético-clínico de pacientes con varias patologías, en realidad unas 10 mil de origen mendeliano y unas mil de origen cromosómico.

El ser parte de la era genómica nos provee una gran ventaja en el cuidado de pacientes con enfermedades gastrointestinales (GI). Se inicia con el reconocimiento de mutaciones del ADN como la base de enfermedades hereditarias mendelianas implicadas en el tracto gastrointestinal, tales como la poliposis adenomatosa familiar, la fibrosis quística y la hemocromatosis. Actualmente, se ha podido analizar más allá de patrones y mutaciones hereditarios, con los avances tecnológicos es posible caracterizar detalladamente las causantes moleculares detrás de las patologías.

La técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es frecuentemente utilizada para identificar mutaciones, causantes de enfermedades gastrointestinales de un solo gen. Este método genera varias copias de un segmento de ADN, donde se puede presentar la variante patogénica. Es el caso de la caracterización de la Fibrosis Quística (FQ), donde mutaciones en el gen CFTR, causan un desequilibrio iónico de las secreciones epiteliales en varios órganos incluyendo el páncreas, tracto gastrointestinal, hígado y el sistema respiratorio. La mutación F508del (delta 508) es responsable de más del 70% de casos de FQ en el mundo. Nuestros estudios en el Ecuador identificaron una incidencia del 25% de F508del. Sin embargo, no es la única variante causante de la enfermedad. Analizamos otras siete mutaciones frecuentes en otras poblaciones: G542X, N1303K, 1717-1G>A, W1282X, G551D, R553X y del1507 sin encontrarlas en los enfermos ecuatorianos. Posteriormente, examinando las 29 mutaciones europeas más frecuentes, se identificó solo 53,22% de todos los alelos mutados como patogénicos y solo 6 tipos de mutaciones de las más de mil informadas, resaltando que la mutación G85E presenta una de las frecuencias más altas en el mundo. Otro estudio con 141 pacientes ecuatorianos diagnosticados de FQ, presenta las frecuencias de otras mutaciones responsables de la enfermedad como: H609R (25%), G85E (11%), L15P (9%), N1303K (4%) y G542* (2%).

En relación a la Hemocromatosis Hereditaria (HH), en la cual el organismo absorbe excesivo hierro y lo guarda en tejidos y órganos incluyendo el hígado y páncreas, determinando daño tóxico en dichos órganos. Los estudios del gen HFE, que codifica la proteína participante en la regulación de absorción, transporte y almacenamiento de hierro, que además es uno de los genes más caracterizados y responsables de HH, presenta las mutaciones C282Y y H63D como las más comunes y patogénicas. En poblaciones de origen caucásico, la mutación C282Y es la más frecuente, mientras que, en poblaciones cruzadas, como la ecuatoriana, la frecuencia de H63D es predomina. De manera que es importante considerar estos resultados para realizar estudios clínicos y escoger las mejores variantes a analizar en población ecuatoriana.

A pesar de que la PCR es una técnica eficaz, sencilla y costo-accesible, esta puede ser complementada para un análisis más detallado con la secuenciación de genes. Durante este proceso se determina, a nivel molecular, el orden de bases nitrogenadas presentes en el fragmento de interés. Hoy en día, con la tecnología accesible y los reducidos costos de secuenciación del ADN, varias investigaciones y diagnósticos clínicos de enfermedades gastrointestinales han sido implementados como herramienta de apoyo, en su gran mayoría técnicas como la Secuenciación Sanger y la secuenciación de nueva generación (NGS) o secuenciación masiva del genoma. La diferencia entre estas dos técnicas es su cobertura. La secuenciación Sanger es candidata para secuenciar genes individualmente, mientras que NGS es usada para analizar varios genes al mismo tiempo, a más de encontrar nuevas y posibles variantes asociadas con la patología presente. Actualmente contamos con plataformas de análisis de 4.800 genes patogénicos y probablemente patogénicos, y plataformas de 500 genes de enfermedades mendelianas. Los datos que arrojan estos análisis son abrumadores y gigantescos, por lo que involucramos en el análisis a bioinformáticos.

La secuenciación Sanger y la NGS han sido aplicadas en la enfermedad de Hirschsprung (HSCR), un desorden del sistema nervioso entérico caracterizado por la ausencia de nervios en el tracto gastrointestinal, inhibiendo el paso de material gástrico, causando una obstrucción intestinal en los afectados. El proto-oncogén RET es el principal gen de susceptibilidad para HSCR, se han observado mutaciones en 50% de casos familiares y 7%-35% en casos esporádicos. Al estudiar RET en niños afectados ecuatorianos, se pudo encontrar que el polimorfismo A45A se asoció significativamente con HSPC. Sin embargo, RET no es el único responsable. Análisis moleculares y secuenciación Sanger han permitido determinar mutaciones en otros genes relacionados con la enfermedad: ECE1, EDN3, EDNRB, GDNF, NRG1, NRG3, NRTN, PHOX2B, SEMA3C, SEMA3D, SOX10, ZFHX1B; mismos que interactúan entre sí para la formación del sistema nervioso entérico. En pacientes con sospechas de HSCR, la NGS es una opción para un diagnóstico certero. Blueprint Genetics ofrece un panel de análisis en el cual se analizan todos los genes y variantes que presentan una relación con HSCR con el fin de identificar las variantes patogénicas.

Una enfermedad que ha atraído mucho interés es la enfermedad celiaca (EC), mostrando una prevalencia alta de 1 afectado por cada 100 personas. Esta enfermedad autoinmune causa la constante inflamación del intestino delgado asociada a la ingesta de alimentos con gluten. El riesgo de desarrollar EC incrementa al tener ciertas variantes especialmente en los genes HLA-DQA1 y HLA-DQB1. Los estudios de asociación del genoma completo (GWAS) se han incorporado al análisis de EC. Este método anhela, utilizando la información genética de cientos a miles de individuos, encontrar variantes de un solo nucleótido (SNPs) que sobrevengan frecuentemente en personas con la enfermedad de interés y que su presencia se asocie al desarrollar la misma. En un estudio GWAS de 12.000 pacientes con EC, se observó que la susceptibilidad de EC está relacionada a 43 loci o sitios de genes. A más de los genes HLA, ciertas variantes en los genes SH2B3, CCR3, IL18RAP, RGS1, IL12A, y TAGAP, han sido asociadas hasta con el 15% del riesgo de EC. En otro estudio similar, se observó que EC es más perjudicial si existen variantes en RGS1, MMEL1, PLEK, CCR2, ELMO1 y LMANlL. Aún hay mucho por entender de esta silenciosa enfermedad.

Cáncer gastrointestinal es un término para el grupo de cánceres que afectan los órganos pertenecientes al sistema digestivo. Este tipo de cáncer es uno de los más frecuentes y la principal causa de muerte en hombres y mujeres. La acumulación de mutaciones en genes que alteran el crecimiento, diferenciación y reparación de ADN determinan estas neoplasias. Los cánceres gastrointestinales pueden ser diagnosticados mediante biomarcadores, los cuales evidencian propiedades biológicas únicas de las células cancerosas, además de aclarar la evolución, progresión y respuesta al tratamiento de la enfermedad. En Tabla 1, se comenta algunos biomarcadores aplicados en los canceres gastrointestinales más frecuentes.

Cáncer de estómago

En adenocarcinoma Gástrico (AG) es causado mediante un proceso progresivo desde gastritis no atrófica, a través de gastritis atrófica multifocal, metaplasia intestinal, displasia y finalmente adenocarcinoma. En poblaciones en alto riesgo de AG, los altos niveles de pepsinógeno en suero es el biomarcador para su diagnóstico. La presencia de ciertos factores bióticos, como el Helicobacter pylori, incrementan el riesgo de padecer cáncer gástrico. En Ecuador encontramos que individuos con H. pylori, y la presencia de los polimorfismos -56C/T en el gen IFNGR1 y -31(T>C)/-511(C>T) en el gen IL1B aumentan aún más el riesgo de padecimiento de cáncer. En el cáncer gástrico difuso hereditario, el marcador genético guía es la mutación en el gen supresor de tumores CDH1. Adicionalmente, factores bióticos y microbióticos estarían asociados al tumor de estroma gastrointestinal y se lo identifica mediante una mutación somática de ganancia de función del gen CD117, así como también por la expresión del gen ANO1.

Cáncer de Colon

Poliposis adenomatosa familiar (PAF) es un síndrome autosómico dominante que predispone al cáncer de colon si no es tratado. Los biomarcadores para su identificación son las mutaciones sin sentido (nonsense) y con desplazamiento de lectura (frameshift) en el gen supresor de tumores APC, causando una proteína truncada o disfuncional. En el caso de no encontrar anormalidades en APC, otro gen clave es el MUTYH candidato seguro para análisis. El síndrome de Lynch o cáncer colorrectal hereditario no asociado a poliposis es el resultado de mutaciones en los genes de reparación MLH1, MSH2, MSH6 y PMS2; 90% de las mutaciones ocurren en MLH1 y MLH2. En estos tumores, otro marcador molecular importante es la identificación de microsatélites (secuencias cortas de ADN) específicos y secuencias repetitivas, ya que tienden a alterarse cuando los genes de reparación están defectivos, causando un alargamiento o acortamiento de las bases nitrogenadas involucradas, dando como resultado proteínas alteradas patógenas. Si estás son encontradas, se procede a secuenciar los genes de reparación mencionados y posteriormente buscar responsable de las neoplasias. Otro marcador es la metilación, lo que causa el silenciamiento funcional de un gen. Por ejemplo, metilación del promotor de MLH1 se ve presente en 10-20% de cáncer colorrectal esporádico.

Cáncer de esófago

Hasta la fecha, no existen biomarcadores oficiales para la detección de cáncer de esófago, sin embargo, varios marcadores bajo estudio clínico han mostrado resultados prometedores. Para carcinoma de células escamosas esofágica, un panel de biomarcadores basado en metilación de ADN se está aplicando sistemáticamente. Mientras que, para Adenocarcinoma esofágico, un conjunto de varios marcadores como la aneuploidía cromosómica, el incremento de tetraploidías y la pérdida de heterocigosidad del gen TP53 están siendo utilizados en conjunto para el respectivo diagnóstico.

Cáncer pancreático

Las Neoplasias quísticas pancreáticas se pueden identificar mediante los niveles de expresión de los antígenos carcinoembrionarios de la familia de genes de estas proteínas.

Finalmente, identificar la causante de una enfermedad gastroentérica es importante tener un algoritmo de diagnóstico (Diagrama 1). Basados en los resultados clínicos, se asocia el fenotipo con los genes descritos involucrados con la enfermedad. En el caso de ser una patología causada por un solo gen, se puede empezar con la detección de las variantes más frecuentes descritas en la literatura. La PCR se puede emplear para detectar alguna de dichas mutaciones. Si no presenta ninguna de las variantes, la secuenciación Sanger del gen podría identificar las variantes patogénicas. Sin embargo, si la enfermedad es causada por más de un gen, es prioritario realizar NGS, de manera que todos los genes responsables sean caracterizados. Compañías de consejería genética como Blueprint genetics (https://blueprintgenetics.com/tests/panels/gastroenterology/) ofrecen diferentes paneles de diagnóstico genético de enfermedades hereditarias gastrointestinales mediante NGS, cubriendo más de 2.600 genes, que han sido patológicamente asociados.

La Tabla 2 muestra un ejemplo de panel junto a los genes analizados y sus fenotipos asociados. Otro panel de analysis es AmpliSeq for illumina Gastrointestinal Research que analiza 194 genes, cuyas alteraciones pueden afectar el funcionamiento gastrointestinal. (https://www.illumina.com/products/by-brand/ampliseq/community-panels/gastrointestinal.html)

Una forma adicional de diagnóstico es mediante biomarcadores moleculares como los descritos para identificar la existencia de cánceres gastrointestinales. Sin embargo, la contar con paneles de predicción o predisposición a cáncer sería de mayor beneficio, ya que se instaurarían tratamientos tempranos. El panel TruSight Cancer (https://www.illumina.com/products/by-type/clinical-research-products/trusight-cancer.html) de Illumina incluye genes asociados a los canceres más comunes, como gastrointestinales, y raros. Este panel mediante NGS analiza 94 genes y 284 SNPs que han demostrado correlación con predisposición a cáncer, mediante estudios GWAS. Cabe recalcar que los datos obtenidos deben ser analizados por especialistas ya que se debe considerar varios aspectos como el historial familiar, etnicidad y dieta entre otros.

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